поршневой двигатель двойного действия, работающий на углекислом газе

Формула изобретения

Поршневой двигатель двойного действия, работающий на углекислом газе, содержащий корпус, в котором размещен выходной вал, цилиндр с установленным в нем поршнем с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, головку цилиндра с размещенным в ней впускным клапаном подачи углекислого газа, отличающийся тем, что цилиндр выполнен с прямолинейным направляющим пазом и перепускным и выпускным окнами, поршень с перепускными окнами и приливами над и под отверстием, в котором размещен направляющий элемент в виде шарика, с возможностью взаимодействия с направляющим пазом, выходной вал, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая с возможностью взаимодействия с направляющим элементом в виде шарика, причем поршень установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, а выходной вал установлен соосно с цилиндром и выполнен с осевым каналом, сообщенным через радиальное отверстие соответственно с надпоршневой полостью через перепускное окно в поршне и перепускное окно с пластинчатым клапаном в цилиндре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям для моделизма, и может быть использовано в спортивном моделизме.

Известен двигатель "Студничка 0,022".

Недостатком данного двигателя является наличие кривошипного механизма, громоздкого картера.

Известны также двигатели "Браун МДж - 140", "Модела СО₂", работающие на углекислом газе, выбранные автором в качестве прототипа, состоящие из поршневой группы, включающей поршень и цилиндр; кривошипного механизма, состоящего из коленчатого вала, шатуна, которые преобразуют поступательное движение поршня во вращательное движение рабочего вала, клапана, регулятора оборотов. Все эти детали монтируются в картере.

Недостатком этих двигателей является сложная конструкция картера, громоздкость, неуравновешенность системы, низкий КПД.

Изобретение обеспечивает возможность изготовления поршневых двигателей двойного действия, работающих на углекислом газе CO₂, с высоким КПД, малошумных, с повышенной равномерностью вращения, с малым лобовым сопротивлением, идеальную компоновку на моделях, большие возможности для хорошего дизайна.

Указанный результат достигается тем, что при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) сначала открывается перепускной канал с невозвратным клапаном и газ перепускается в подпоршневое пространство, что дает возможность вторично использовать отработавшие газы после перепуска их в подпоршневую полость для дальнейшей работы, при движении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ), а затем при достижении поршнем НМТ открываются выхлопные окна цилиндра, через которые происходит выброс оставшегося в цилиндре отработанного газа. Дальнейшее движение поршня после прохождения НМТ до верхней мертвой точки происходит благодаря дальнейшему расширению газа и инерции воздушного винта. При достижении поршнем ВМТ отработавший вторично газ из подпоршневого пространства, через перепускное отверстие в поршне и выхлопное окно в цилиндре выбрасывается в атмосферу. В это же время шток поршня поднимает шарик впускного клапана, открывая доступ сжатому газу в рабочую камеру двигателя. Расширяясь, газ толкает поршень, осуществляя тем самым вращение воздушного винта или маховика на выходном валу, затем цикл повторяется до израсходования запаса газа в системе питания.

Двигатель содержит корпус, головку цилиндра с впускным клапаном, цилиндр с прямолинейным направляющим пазом, одновременно выполняющего роль перепускного канала с невозвратным клапаном и выпускным окном, поршень с перепускными окнами и отверстием с приливами, сверху и снизу, в котором свободно размещен направляющий элемент в виде шарика. Установленный соосно с цилиндром выходной вал, с осевым каналом и радиальным отверстием, сообщенным с осевым каналом, с возможностью периодического сообщения с направляющим пазом, выполненным с цилиндре, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая, контактирующая с шариком, размещенным в поршне, причем поршень установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, а направляющий паз выполнен с возможностью периодического сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей через перепускные окна поршня.

Таким образом, данный двигатель двойного действия с высоким КПД экономичен, малошумен, прост по конструкции.

На чертеже представлен двигатель двойного действия, работающий на углекислом газе, "ДПА-03" в продольном разрезе.

На фотографии представлен двигатель "ДПА-03", изготовленный автором.

Двигатель представляет собой поршневую машину двойного действия, работающую от сжатого углекислого газа CO₂, и состоит из картера 1, цилиндра 2, цилиндрического выходного вала 3, поршня 4, головки цилиндра 5.

Картер 1 выполнен цилиндрическим, с резьбой внутри, для ввинчивания цилиндра 2, за одно с носком 6, в котором установлен соосно с цилиндром 2 выходной вал 3, с возможностью вращения, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая 7, контактирующая с направляющим элементом в виде шарика 8, с осевым каналом 9 и радиальными отверстиями 10. С наружной стороны картера 1 выполнены кольцевые канавки и продольные пазы, для закрепления двигателя в быстрозажимной тонкостенной цанге, закрепленной на фюзеляже модели.

Цилиндр 2 выполнен с оребрением и резьбой снаружи в нижней части, с прямолинейным направляющим пазом 11, одновременно служащим перепускным каналом, оканчивающимся окном 12, с невозвратным пластинчатым клапаном 13, выпускным отверстием 14. Цилиндр 2 ввинчивается в картер 1 и фиксируется контргайкой 15.

Поршень 4 выполнен с углублением в днище, со штоком 16, с перепускными окнами 17 и отверстием 18, с приливами в верхней и нижней частях отверстия. В отверстии 18 свободно размещен шарик 8, контактирующий с криволинейной направляющей 7 и с прямолинейным направляющим пазом 11.

Поршень 4 установлен в цилиндре 2 с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема.

Головка цилиндра 5 ввинчена в цилиндр 2 и снабжена штуцером 19 для крепления капиллярной трубки для подачи CO₂ в двигатель и отверстием 20 для свободного размещения в нем шарика клапана 21.

Клапанный узел состоит из шарика 21, шайбы 22, седла клапана 23, уплотнительной прокладки 24.

При резком повороте воздушного винта или маховика в сторону желаемого вращения выходного вала 3 шарик 8, вращаясь в отверстии 18, одной стороной обкатывается по направляющему пазу 11, предотвращая проворачивание поршня 4 вокруг своей оси, а второй стороной обкатывается со скольжением по криволинейной направляющей 7 выходного вала 3, перемещает поршень 4 к головке цилиндра 5. Шток 16 поршня 4 поднимает шарик 21 впускного клапана, открывая доступ сжатому газу в надпоршневую полость. Расширяясь, газ толкает поршень 4 к картеру 1, осуществляя тем самым вращение выходного вала.

Во время движения поршня 4 к картеру 1 (НМТ), сначала открывается перепускное окно 12 с невозвратным клапаном 13, и газ по направляющему пазу 11, через перепускное окно 17, радиальное отверстие 10 и осевой канал 9 устремляется в подпоршневую полость. При выравнивании давления газа в подпоршневой полости в надпоршневой полостью клапан 13 закрывается, затем открывается выпускное отверстие 14 в цилиндре 2, через которое происходит выброс оставшегося в надпоршневой полости отработанного газа.

При движении поршня 4 от НМТ к головке цилиндра (ВМТ) 5 закрывается выпускное отверстие 14. Движение поршня 4, после прохождения им НМТ, к головке цилиндра 5 (ВМТ) происходит благодаря дальнейшему расширению газа в подпоршневой полости и инерции воздушного винта или маховика.

При подходе поршня к ВМТ отработавший вторично газ из подпоршневой полости через окно 17 в поршне 4 и выпускное отверстие 14 в цилиндре 2 выбрасывается в атмосферу. Затем цикл повторяется до полного израсходования запаса газа в системе питания. Перегрев стенок отверстия 18, шарика 8, криволинейной направляющей 7, направляющего паза 11 исключается, так как при работе двигателя температура внутри его понижается

Двигатель "ДПА-С3". При объеме рабочей камеры 0,3 см³ габаритные размеры двигателя, мм: длина 61, диаметр головки цилиндра 13, диаметр картера 14, масса двигателя с остальным поршнем и латунным цилиндром 35 г. Двигатель изготовлен с помощью токарного станка.

Крепление двигателя на модели осуществляется с помощью быстрозажимной тонкостенной цанги в нескольких положениях в продольной оси, для осуществления тонкой балансировки модели, в зависимости от полноты заправки бака системы питания двигателя. Цанга крепится к модели тремя шурупами. Бак системы питания двигателя свободно проходит сквозь цангу.

Для заправки системы питания двигателя необходимо сдвинуть фиксирующее кольцо на цанге в сторону ее фланца, для крепления к фюзеляжу, вынуть двигатель вместе с баком системы питания двигателя, заправить бак углекислым газом, через заправочный штуцер в баке, при поршне, установленном в НМТ, и снова вставить двигатель вместе с баком в цангу, затем сдвинуть фиксирующее кольцо вперед до упора, и двигатель готов к работе.

Настоящий образец может быть использован для спортивного моделизма, везде, где требуется малое лобовое сопротивление, хороший дизайн, повышенная мощность и малые габариты.

Двигатель легко запускается, работает ровно.