EA 030098B1 20180629 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2018\PDF/030098 Полный текст описания [**] EA201390480 20111003 Регистрационный номер и дата заявки FR1058037 20101005 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок PCT/EP2011/067212 Номер международной заявки (PCT) WO 2012/045694 20120412 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21806 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000030\098BS000#(1678:2833) Основной чертеж [**] ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ С ВКЛЮЧЕННОЙ АКТИВНОЙ ЗОНОЙ И С АВТОМАТИЧЕСКИМ РАСШИРЕНИЕМ Название документа [8] F02B 21/00, [8] F02M 31/04, [8] F02M 31/16, [8] F01B 17/02, [8] F01D 13/02 Индексы МПК [LU] Негр Ги, [FR] Негр Сириль Сведения об авторах [LU] МОТОР ДЕВЕЛОПМЕНТ ИНТЕРНЭШНЛ С.А. Сведения о патентообладателях [LU] МОТОР ДЕВЕЛОПМЕНТ ИНТЕРНЭШНЛ С.А. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000030098b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Двигатель с активной зоной, содержащий по меньшей мере один цилиндр (1) и поршень (2), установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре (1) и приводящий в действие коленчатый вал (5) при помощи традиционного кривошипно-шатунного механизма (3, 4), в котором объем цилиндра (1), проходимый поршнем (2), делится на две отдельные части, первая из которых образует активную зону (CA), которая включена в цилиндр, и вторая часть образует расширительную зону (CD), при этом цилиндр (1) закрыт в своей верхней части головкой (6) блока цилиндров, содержащей по меньшей мере один впускной канал и отверстие (7) и по меньшей мере один выпускной канал и отверстие (8), и выполнен таким образом, что, когда поршень (2) находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, заключенный между поршнем (2) и головкой (6) блока, за счет конструкции сокращается до минимальных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу между поршнем и головкой блока цилиндров, и в котором сжатый воздух или любой другой газ под давлением, подаваемый из резервуара-накопителя сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, поступает в цилиндр (1) над поршнем, и под непрерывным толкающим усилием сжатого воздуха или любого другого газа под давлением объем активной зоны (CA) увеличивается, производя работу, причем впуск сжатого воздуха или любого другого газа под давлением в цилиндр прекращается, как только активная зона (CA) достигает своего максимального объема, и количество сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, содержащееся в упомянутой активной зоне, расширяется, толкая поршень на второй части его хода, обеспечивая, таким образом, фазу расширения, при этом после достижения поршнем его нижней мертвой точки выпускное отверстие открывается для обеспечения фазы выпуска во время подъема поршня на всем протяжении его хода, резервуар-накопитель (12) сжатого воздуха под высоким давлением или любого другого газа под давлением для питания напрямую через впуск рабочего цилиндра (1) так, что заполнение активной зоны CA в цилиндре происходит при постоянном давлении впуска на каждом обороте двигателя, в котором это давление впуска постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе (12) в ходе опорожнения этого резервуара; средства (7, 9) открывания и перекрывания впуска сжатого воздуха в активную зону (CA) выполнены с возможностью открытия впускного отверстия и канала (7), по существу, в верхней мертвой точке хода поршня изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, причем минимальный объем активной зоны (CA) предусмотрен для максимального давления хранения, с последующим постепенным его увеличением таким образом, чтобы в зависимости от давления впуска, от соотношения объемов между включенной активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) давление в конце расширения перед открыванием выпуска (8) было близким к атмосферному; при этом граница между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) задается режимом раскрытия и закрытия средств (7, 9), причем положение границы между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) зависит от давления в резервуаре-накопителе (12).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что работает согласно трехфазному термодинамическому циклу, содержащему изобарный и изотермический переходы; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере два цилиндра (1; 1A) с увеличивающимся рабочим объемом, каждый из которых работает согласно описанному выше принципу, причем когда давление впуска находится в своем верхнем диапазоне, соответствующем, например, верхней трети значений давления впуска, питание получает только цилиндр с меньшим рабочим объемом; когда давление впуска находится в промежуточном диапазоне, соответствующем, например, средней трети значений давления впуска, питание получает только второй цилиндр большего рабочего объема; когда давление впуска находится в нижнем диапазоне, соответствующем, например, нижней трети значений давления впуска, питание получают оба цилиндра одновременно.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере три цилиндра, в том числе упомянутые два цилиндра с увеличивающимся рабочим объемом.

5. Двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что между резервуаром-накопителем (12) и впуском двигателя расположено тепловое устройство, представляющее собой изобарный подогреватель сжатого воздуха или любого другого газа.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что изобарный подогреватель содержит параболическое солнечное устройство, фокусная точка которого находится в тепловом устройстве.

7. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя четыре фазы, в том числе изобарное повышение температуры; изотермический переход; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

8. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью соединения и вращения воздушного компрессора (19).

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что содержит теплообменник воздух-воздух или другого типа, который располагают между компрессором (19) и резервуаром-накопителем (12) таким образом, чтобы сжатый воздух или любой другой газ под высоким давлением и при повышенной температуре на выходе компрессора мог в резервуаре-накопителе достичь температуры, близкой к окружающей температуре.

10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя шесть фаз, в том числе политропное сжатие окружающего/атмосферного воздуха; охлаждение до окружающей/атмосферной температуры в целях хранения; изобарное повышение температуры; изобарный/изотермический переход; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

11. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выполнен с возможностью задания крутящего момента и режима двигателя при помощи устройства, управляемого акселератором, для подачи команды на открывание/закрывание средств открывания/перекрывания (9) впускного канала (8), питающего сжатым воздухом или любым другим газом активную камеру (CA), путем открытия средств открывания/перекрывания, по существу, в верхней мертвой точке, но также изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, чтобы задавать давление в конце расширения в зависимости от давления в резервуаре-накопителе, количества поступающего сжатого воздуха или любого другого газа, объема активной зоны (CA) посредством закрывания средств открывания/перекрывания (9).

12. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он содержит электронное вычислительное устройство, регулирующее добавляемое количество энергии в зависимости от давления сжатого воздуха или любого другого газа и, следовательно, от массы воздуха или любого другого газа, поступающей в активную зону (CA).

13. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он является двигателем, работающим в трех режимах, которые можно применять отдельно или в комбинации, а именно: работа в режиме использования одного вида энергии - нулевое загрязнение - с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением; работа в режиме использования двух видов энергии с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя; работа в автономном режиме использования двух видов энергии со сжатым воздухом или любым другим газом, подаваемым в резервуар воздушным компрессором, вращаемым двигателем, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Двигатель с активной зоной, содержащий по меньшей мере один цилиндр (1) и поршень (2), установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре (1) и приводящий в действие коленчатый вал (5) при помощи традиционного кривошипно-шатунного механизма (3, 4), в котором объем цилиндра (1), проходимый поршнем (2), делится на две отдельные части, первая из которых образует активную зону (CA), которая включена в цилиндр, и вторая часть образует расширительную зону (CD), при этом цилиндр (1) закрыт в своей верхней части головкой (6) блока цилиндров, содержащей по меньшей мере один впускной канал и отверстие (7) и по меньшей мере один выпускной канал и отверстие (8), и выполнен таким образом, что, когда поршень (2) находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, заключенный между поршнем (2) и головкой (6) блока, за счет конструкции сокращается до минимальных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу между поршнем и головкой блока цилиндров, и в котором сжатый воздух или любой другой газ под давлением, подаваемый из резервуара-накопителя сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, поступает в цилиндр (1) над поршнем, и под непрерывным толкающим усилием сжатого воздуха или любого другого газа под давлением объем активной зоны (CA) увеличивается, производя работу, причем впуск сжатого воздуха или любого другого газа под давлением в цилиндр прекращается, как только активная зона (CA) достигает своего максимального объема, и количество сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, содержащееся в упомянутой активной зоне, расширяется, толкая поршень на второй части его хода, обеспечивая, таким образом, фазу расширения, при этом после достижения поршнем его нижней мертвой точки выпускное отверстие открывается для обеспечения фазы выпуска во время подъема поршня на всем протяжении его хода, резервуар-накопитель (12) сжатого воздуха под высоким давлением или любого другого газа под давлением для питания напрямую через впуск рабочего цилиндра (1) так, что заполнение активной зоны CA в цилиндре происходит при постоянном давлении впуска на каждом обороте двигателя, в котором это давление впуска постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе (12) в ходе опорожнения этого резервуара; средства (7, 9) открывания и перекрывания впуска сжатого воздуха в активную зону (CA) выполнены с возможностью открытия впускного отверстия и канала (7), по существу, в верхней мертвой точке хода поршня изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, причем минимальный объем активной зоны (CA) предусмотрен для максимального давления хранения, с последующим постепенным его увеличением таким образом, чтобы в зависимости от давления впуска, от соотношения объемов между включенной активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) давление в конце расширения перед открыванием выпуска (8) было близким к атмосферному; при этом граница между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) задается режимом раскрытия и закрытия средств (7, 9), причем положение границы между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) зависит от давления в резервуаре-накопителе (12).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что работает согласно трехфазному термодинамическому циклу, содержащему изобарный и изотермический переходы; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере два цилиндра (1; 1A) с увеличивающимся рабочим объемом, каждый из которых работает согласно описанному выше принципу, причем когда давление впуска находится в своем верхнем диапазоне, соответствующем, например, верхней трети значений давления впуска, питание получает только цилиндр с меньшим рабочим объемом; когда давление впуска находится в промежуточном диапазоне, соответствующем, например, средней трети значений давления впуска, питание получает только второй цилиндр большего рабочего объема; когда давление впуска находится в нижнем диапазоне, соответствующем, например, нижней трети значений давления впуска, питание получают оба цилиндра одновременно.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере три цилиндра, в том числе упомянутые два цилиндра с увеличивающимся рабочим объемом.

5. Двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что между резервуаром-накопителем (12) и впуском двигателя расположено тепловое устройство, представляющее собой изобарный подогреватель сжатого воздуха или любого другого газа.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что изобарный подогреватель содержит параболическое солнечное устройство, фокусная точка которого находится в тепловом устройстве.

7. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя четыре фазы, в том числе изобарное повышение температуры; изотермический переход; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

8. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью соединения и вращения воздушного компрессора (19).

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что содержит теплообменник воздух-воздух или другого типа, который располагают между компрессором (19) и резервуаром-накопителем (12) таким образом, чтобы сжатый воздух или любой другой газ под высоким давлением и при повышенной температуре на выходе компрессора мог в резервуаре-накопителе достичь температуры, близкой к окружающей температуре.

10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя шесть фаз, в том числе политропное сжатие окружающего/атмосферного воздуха; охлаждение до окружающей/атмосферной температуры в целях хранения; изобарное повышение температуры; изобарный/изотермический переход; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.

11. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выполнен с возможностью задания крутящего момента и режима двигателя при помощи устройства, управляемого акселератором, для подачи команды на открывание/закрывание средств открывания/перекрывания (9) впускного канала (8), питающего сжатым воздухом или любым другим газом активную камеру (CA), путем открытия средств открывания/перекрывания, по существу, в верхней мертвой точке, но также изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, чтобы задавать давление в конце расширения в зависимости от давления в резервуаре-накопителе, количества поступающего сжатого воздуха или любого другого газа, объема активной зоны (CA) посредством закрывания средств открывания/перекрывания (9).

12. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он содержит электронное вычислительное устройство, регулирующее добавляемое количество энергии в зависимости от давления сжатого воздуха или любого другого газа и, следовательно, от массы воздуха или любого другого газа, поступающей в активную зону (CA).

13. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он является двигателем, работающим в трех режимах, которые можно применять отдельно или в комбинации, а именно: работа в режиме использования одного вида энергии - нулевое загрязнение - с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением; работа в режиме использования двух видов энергии с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя; работа в автономном режиме использования двух видов энергии со сжатым воздухом или любым другим газом, подаваемым в резервуар воздушным компрессором, вращаемым двигателем, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя.


Евразийское ои 030098 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2018.06.29
(21) Номер заявки 201390480
(22) Дата подачи заявки
2011.10.03
(51) Int. Cl. F02B 21/00 (2006.01) F02M31/04 (2006.01) F02M31/16 (2006.01) F01B17/02 (2006.01) F01D 13/02 (2006.01)
(54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ С ВКЛЮЧЕННОЙ АКТИВНОЙ ЗОНОЙ И С АВТОМАТИЧЕСКИМ РАСШИРЕНИЕМ
(31) 1058037
(32) 2010.10.05
(33) FR
(43) 2013.07.30
(86) PCT/EP2011/067212
(87) WO 2012/045694 2012.04.12
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
МОТОР ДЕВЕЛОПМЕНТ
ИНТЕРНЭШНЛ С.А. (LU)
(72) Изобретатель:
Негр Ги (LU), Негр Сириль (FR)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) WO-A1-2009036992 WO-A1-2010012921 GB-A-2457917 GB-A-2402169
(57) Объектом изобретения является многорежимный двигатель с включенной активной камерой, содержащий цилиндр (1) и поршень (2), который делит цилиндр на активную камеру (CA) и расширительную камеру (CD) и в котором сжатый воздух, содержащийся в резервуаре (12), поступает напрямую на вход рабочего цилиндра (1), заполнение включенной активной камеры (CA) происходит при постоянном давлении впуска на каждом обороте двигателя, причем это давление впуска постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре (12), объем включенной активной камеры (CA) постепенно увеличивается по мере понижения давления в резервуаре (12), и средства не только позволяют открывать впускное отверстие и канал (7), по существу, в верхней мертвой точке хода поршня, но и позволяют изменять продолжительность и/или угловой сектор впуска, а также проходное сечение отверстия, и объем включенной активной камеры (CA) предусмотрен для максимального давления хранения, затем постепенно увеличивается, за счет чего двигатель является двигателем с автоматическим расширением.
Изобретение касается двигателя, работающего на сжатом воздухе или на любом другом газе и использующего камеру, называемую "активной камерой".
Авторам изобретения принадлежит ряд патентов, касающихся силовых установок, а также их монтажа, использующих газы и, в частности, сжатый воздух для экологически абсолютно чистой работы в условиях города и пригорода.
В частности, была подана международная патентная заявка WO-A1-03/036088, к содержанию которой можно обратиться и в которой описан компрессорно-генераторный агрегат с нагнетанием дополнительного сжатого воздуха, работающий в вариантах использования одного вида энергии или нескольких видов энергии. В двигателях этого типа, работающих на сжатом воздухе и содержащих резервуар-накопитель сжатого воздуха, необходимо расширять сжатый воздух, хранящийся в резервуаре под очень высоким давлением, которое, тем не менее, понижается по мере опорожнения резервуара, до стабильного промежуточного давления, называемого конечным давлением использования, в буферной емкости, называемой рабочей емкостью, перед его использованием в рабочем цилиндре или рабочих цилиндрах двигателя. Хорошо известные традиционные клапанно-пружинные редукторы имеют очень низкий расход, и их использование по этому назначению требует наличия очень сложного и малоэффективного оборудования. Кроме того, они является очень чувствительными к инею, образующемуся по причине влажности воздуха, охлаждающегося во время расширения.
Чтобы решить эту проблему, авторы изобретения подали также патентную заявку WO-A1-03/089764, к содержанию которой можно обратиться и в которой описан редуктор с регулируемым расходом и система распределения для двигателей, получающих питание нагнетаемым сжатым воздухом, содержащая резервуар сжатого воздуха под высоким давлением и рабочую емкость. Во время работы этих двигателей с "расширением нагрузки" заполнение расширительной зоны представляет собой расширение без совершения работы, что отрицательно сказывается на общем КПД машины.
Чтобы решить вышеуказанную проблему, авторы изобретения подали также патентную заявку WO-A1-2005/049968, в которой описан пневматический двигатель, предпочтительно питаемый сжатым воздухом или любым другим сжатым газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, предварительно расширяемым до номинального рабочего давления в буферной емкости, называемой рабочей емкостью. В версии работы с использованием двух видов энергии рабочая емкость содержит устройство подогрева воздуха, питаемое дополнительной энергией (ископаемого происхождения или другой энергией), позволяющей повысить температуру и/или давление проходящего через него воздуха. В двигателе этого типа согласно WO-A1-2005/049968
расширительная зона представляет собой переменный объем, содержащий средства, позволяющие производить работу, она является сдвоенной и находится в постоянном контакте через канал с пространством, заключенным над главным рабочим поршнем, который оборудован устройством остановки поршня в его верхней мертвой точке,
во время остановки рабочего поршня в его верхней мертвой точке в расширительную зону поступает воздух или газ под давлением, когда ее объем является минимальным, и под действием толкающего усилия она увеличивает свой объем, производя при этом работу,
когда расширительная зона достигает, по существу, максимального объема, содержащийся в ней сжатый воздух расширяется затем в рабочем цилиндре, толкая таким образом рабочий поршень, который опускается вниз, производя, в свою очередь, работу,
при подъеме рабочего поршня во время такта выпуска переменный объем расширительной зоны возвращается к своему меньшему значению, и полный рабочий цикл возобновляется.
Согласно этому изобретению расширительная зона двигателя активно участвует в работе. Поэтому такой двигатель называют двигателем с "активной камерой".
В WO-A1-2005/049968 заявлен, в частности, термодинамический цикл из четырех фаз при работе в варианте использования только одной энергии сжатого воздуха, включающий в себя
изотермическое расширение без совершения работы;
переход - незначительное расширение с работой, называемый квазиизотермическим; политропное расширение с совершением работы; выпуск при атмосферном давлении.
В документе WO-A1-2008/028881, который представляет собой вариант WO-A1-2005/049968, заявлен такой же термодинамический цикл, но с использованием традиционного кривошипно-шатунного механизма. Предпочтительно он получает питание сжатым воздухом или любым другим сжатым газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, который предварительно расширяют до номинального рабочего давления в буферной емкости, называемой рабочей емкостью. Рабочая емкость в варианте использования двух видов энергии содержит устройство подогрева воздуха, питаемое дополнительной энергией (энергией ископаемого топлива или другой энергией) и позволяющее повысить температуру и/или давление проходящего через него воздуха. В двигателе этого типа согласно WO-A1-
2008/028881
расширительная зона, называемая активной зоной, представляет собой переменный объем, содержащий средства, позволяющие производить работу, и соединена через канал, содержащий затвор, что
позволяет изолировать ее или обеспечивать ее контакт с объемом, заключенным в рабочем цилиндре над рабочим поршнем в его верхней мертвой точке,
воздух или газ под давлением поступает в активную зону, когда она имеет свой наименьший объем и под действием толкающего усилия увеличивает свой объем, совершая работу;
когда активная зона достигает своего, по существу, максимального объема и рабочий поршень, по существу, оказывается в своей верхней мертвой точке, впуск перекрывается, упомянутая зона начинает сообщаться с рабочим цилиндром, и содержащийся в ней сжатый воздух расширяется, толкая, таким образом, рабочий поршень, который опускается и производит, в свою очередь, работу;
во время расширения объем активной зоны возвращается к своему минимальному значению, чтобы можно было начать новый цикл. Расширительная зона двигателя согласно изобретению, активно участвует в работе. Двигатели согласно документам WO-A1-2005/049968 и WO-A1-2008/028881 называют двигателями с активной камерой.
Позже авторы изобретения подали новую патентную заявку на пневматический двигатель с так называемой "включенной" активной зоной, в котором применяют тот же термодинамический цикл, что и в двигателях согласно WO-A1-2005/049968 и WO-A1-2008/028881, а также обычный кривошипно-шатунный механизм. В этой новой французской патентной заявке №FR1058005, поданной 4 октября 2010 года, авторы предложили двигатель с активной зоной, содержащий по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре и приводящий в действие коленчатый вал при помощи традиционного кривошипно-шатунного механизма и работающий согласно четы-рехфазному термодинамическому циклу, содержащему
изотермическое расширение без совершения работы;
переход - незначительное расширение с работой, называемый квазиизотермическим; политропное расширение с производством работы; выпуск при атмосферном давлении,
получающий питание сжатым воздухом или любым другим сжатым газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, через буферную емкость, называемую рабочей емкостью, в которую поступает сжатый воздух или любой другой сжатый газ, содержащийся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, который расширяется до среднего давления, называемого рабочим давлением, в рабочей емкости предпочтительно через устройство динамического редуктора,
отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре, объем которого, проходимый поршнем, последовательно делится на две отдельные части, из которых первая часть образует активную зону CA, которая включена в цилиндр, и вторая часть образует расширительную зону, причем
объем цилиндра, проходимый поршнем, закрыт в своей верхней части головкой блока цилиндров, содержащей по меньшей мере один впускной канал и отверстие и по меньшей мере один выпускной канал и отверстие, и выполнен таким образом, что, когда поршень находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, заключенный между поршнем и головкой блока, за счет конструкции сокращается до минимальных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу между поршнем и головкой блока цилиндров; сжатый воздух или газ под давлением поступает в цилиндр над поршнем, и под непрерывным действием сжатого воздуха, находящегося под постоянным рабочим давлением, объем активной зоны увеличивается, производя работу, что соответствует фазе квазиизотермического перехода;
впуск сжатого воздуха или газа под давлением в цилиндр прекращается, как только активная зона CA достигает своего максимального объема, и количество сжатого воздуха или газа под давлением, содержащееся в упомянутой активной зоне, расширяется, толкая поршень на второй части его хода, которая образует расширительную зону CD, производя работу и обеспечивая, таким образом, фазу расширения;
после достижения поршнем своей нижней мертвой точки выпускное отверстие открывается для обеспечения фазы выпуска во время подъема поршня на всем протяжении его хода. Максимальный объем активной зоны CA, включенной в рабочий цилиндр, и объем расширительной зоны CD определяют таким образом, чтобы при номинальном давлении работы двигателя давление в конце расширения в нижней мертвой точке было близким к атмосферному давлению. Максимальный объем активной зоны определяют при перекрывании впуска.
Предпочтительно и, в частности, в варианте работы с использованием одного вида энергии от сжатого воздуха двигатель с активной зоной, включенной в цилиндр в соответствии с изобретением содержит несколько последовательных цилиндров с увеличивающимся рабочим объемом. Первый цилиндр меньшего объема получает питание сжатым воздухом из рабочей емкости. Следующий или следующие цилиндры увеличивающегося объема получают питание сжатым воздухом за счет выпуска из предшествующего/предыдущего цилиндра. Между каждым цилиндром, т.е. между двумя последовательными цилиндрами установлены один или несколько теплообменников с атмосферой, позволяющие повышать температуру воздуха при выпуске из предыдущего цилиндра, чтобы привести ее к значению, близкому к окружающей температуре, и увеличить, таким образом, объем выпускаемого воздуха.
Предпочтительно двигатель получает питание так же, как двигатели, описанные в документах WO-
A1-2005/049968 и WO-A1-2008/02 8881, т.е. сжатым воздухом или любым другим сжатым газом, содержащимся в резервуаре-накопителе высокого давления и предварительно расширенным до номинального рабочего давления в буферной емкости, называемой рабочей емкостью.
Рабочая емкость в варианте с использованием двух видов энергии содержит устройство подогрева или тепловой подогреватель воздуха или газа, который питают дополнительной энергией (ископаемого или другого происхождения), что позволяет повысить температуру и/или давление проходящего через него воздуха. Этот двигатель называют двигателем с "включенной" активной зоной. Однако несмотря на то что в случае двигателя с несколькими ступенями первый из цилиндров можно питать при высоких значениях давления, все равно необходимо расширять сжатый газ при очень высоком давлении, содержащийся в резервуаре-накопителе высокого давления, до номинального рабочего давления, и эта операция расширения либо приводит к снижению КПД при использовании обычного редуктора, либо согласно документу WO-A1-03/089764 не требует затрат энергии, но это расширение не позволяет осуществлять какую-либо работу расширения между высоким давлением в резервуаре и номинальным рабочим давлением в рабочей емкости постоянного объема.
Двигатель с активной камерой, включенной в цилиндр, в соответствии с настоящим изобретением призван решить эту последнюю проблему и использует функциональные возможности рабочего цилиндра с активной камерой, включенной в цилиндр, он производит полное расширение воздуха, поступающего из резервуара-накопителя, он работает в режиме использования одного вида энергии и/или двух видов энергии с дополнительной энергией. Этот новый двигатель, называемый двигателем "с автоматическим расширением", представляет собой "многорежимный" двигатель с активной зоной, включенной в цилиндр, который выполняет также функцию редуктора.
Таким образом, объектом изобретения является двигатель, содержащий по меньшей мере один цилиндр и поршень, установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре и приводящий в действие коленчатый вал при помощи традиционного кривошипно-шатунного механизма, в котором объем цилиндра, проходимый поршнем, делится на две отдельные части, из которых первая часть образует активную зону CA, которая включена в цилиндр, и вторая часть образует расширительную зону CD, при этом цилиндр закрыт в своей верхней части головкой блока цилиндров, содержащей по меньшей мере один впускной канал и отверстие и по меньшей мере один выпускной канал и отверстие, и выполнен таким образом, что, когда поршень находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, заключенный между поршнем и головкой блока, за счет конструкции сокращается до минимальных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу между поршнем и головкой блока цилиндров, и в котором сжатый воздух или любой другой газ под давлением, подаваемый из резервуара-накопителя сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, поступает в цилиндр над поршнем, и под непрерывным толкающим усилием сжатого воздуха или любого другого газа под давлением объем активной зоны увеличивается, производя работу, впуск сжатого воздуха или любого другого газа под давлением в цилиндр прекращается, как только активная зона CA достигает своего максимального объема, и количество сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, содержащееся в упомянутой активной зоне, расширяется, толкая поршень на второй части его хода, обеспечивая, таким образом, фазу расширения, при этом после достижения поршнем своей нижней мертвой точки выпускное отверстие открывается для обеспечения фазы выпуска во время подъема поршня на всем протяжении его хода, отличающийся тем, что резервуар-накопитель сжатого воздуха под высоким давлением или любого другого газа под давлением питает напрямую впуск рабочего цилиндра, причем
заполнение активной зоны CA в цилиндре происходит при постоянном давлении на каждом обороте двигателя, причем это давление впуска постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе во время постепенного опорожнения этого резервуара; максимальный объем активной зоны CA является переменным и постепенно увеличивается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе, которое определяет упомянутое давление впуска;
средства открывания и перекрывания впуска сжатого воздуха в активную зону не только позволяют открывать впускное отверстие и канал по существу в верхней мертвой точке хода поршня, но и позволяют изменять продолжительность и/или угловой сектор впуска, а также проходное сечение отверстия;
максимальный объем активной зоны CA предусмотрен для максимального давления хранения, затем постепенно увеличивается таким образом, чтобы в зависимости от давления впуска, от соотношения объемов между активной зоной CA и расширительной зоной CD давление в конце расширения перед открыванием выпуска было близким к атмосферному давлению; таким образом граница между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) задается режимом раскрытия и закрытия средств, при этом положение границы между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) зависит от давления в резервуаре-накопителе.
Благодаря этим отличительным признакам двигатель в соответствии с изобретением выполняет также функцию редуктора, и, таким образом, изобретением предлагается также двигатель "с автоматическим расширением", который не требует наличия отдельного редуктора любого типа для обеспечения питания активной зоны.
Во время своей работы в варианте использования одного вида энергии многорежимный двигатель с
автоматическим расширением с активной зоной в соответствии с изобретением использует трехфазный термодинамический цикл, содержащий
изобарный и изотермический переход;
политропное расширение с совершением работы;
выпуск при окружающем давлении.
Во время работы двигателя в соответствии с изобретением максимальный объем активной зоны, включенной в цилиндр, определяет количество нагнетаемого сжатого газа. Чем больше давление впуска, тем меньше должен быть объем активной зоны. С другой стороны, чем выше давление впуска, тем больше потенциальная мощность двигателя при одинаковом рабочем объеме цилиндров. При данном объеме цилиндров увеличение максимального объема активной зоны, включенной в цилиндр, в зависимости от понижения давления впуска позволяет сохранять почти постоянную мощность двигателя в определенном диапазоне рабочего давления, например от 210 до 140 бар. Ниже нижнего значения мощность двигателя постепенно снижается. В идеале общий рабочий объем цилиндров двигателя должен постепенно увеличиваться по мере понижения давления впуска.
Согласно варианту изобретения двигатель в соответствии с изобретением содержит по меньшей мере два цилиндра с увеличивающимся рабочим объемом, каждый из которых работает согласно описанному выше принципу, и отличается тем, что, когда давление впуска находится в верхнем диапазоне, соответствующем, например, верхней трети значений давления впуска, питание получает только цилиндр с наименьшим рабочим объемом, причем когда давление впуска находится в промежуточном диапазоне, соответствующем, например, средней трети значений давления впуска, питание получает только второй цилиндр большего рабочего объема; когда давление впуска находится в нижнем диапазоне, соответствующем, например, нижней трети значений давления впуска, питание получают оба цилиндра одновременно.
В соответствии с этим же принципом можно выполнить двигатель в соответствии с изобретением, который содержит по меньшей мере три цилиндра, в том числе упомянутые два цилиндра с увеличивающимся рабочим объемом, благодаря чему можно очень точно регулировать общий используемый рабочий объем в зависимости от давления впуска, включая в работу последовательно, одновременно и/или в комбинации упомянутые, по меньшей мере, три цилиндра двигателя.
В варианте применения изобретения с использованием двух видов энергии и в версии с дополнительным топливом в двигателе в соответствии с изобретением между резервуаром-накопителем и впуском двигателя располагают тепловое устройство, представляющее собой изобарный подогреватель, позволяющий увеличивать при постоянном давлении количество используемой и доступной энергии за счет того, что сжатый воздух или любой другой газ при постоянном давлении перед поступлением в активную зону CA повышает свою температуру и увеличивает свой объем, что позволяет увеличить автономность машины, оборудованной таким двигателем, пропорционально упомянутому увеличению объема. В варианте работы на сжатом воздухе, например, когда двигателем в соответствии с изобретением оборудовано городское транспортное средство, для работы используют только давление воздуха или любого другого газа, сжатого в резервуаре высокого давления. Во время работы в варианте с дополнительной энергией ископаемого или другого происхождения, когда двигателем в соответствии с изобретением оборудовано транспортное средство для движения по автодорогам, производят подогрев сжатого воздуха, что позволяет повысить температуру воздуха и, следовательно, увеличить объем, используемый для работы нагрузки активной зоны и расширительной зоны.
Речь идет об изобарном подогреве, и повышение температуры вдвое позволяет удвоить полезный объем сжатого воздуха, и так далее. Таким образом, резервуар на 200 л сжатого воздуха при 200 бар, т.е. 40 м3 воздуха при 293 К (20°C), позволит иметь при 586 К (т.е. 313°C) 80 м3 сжатого воздуха. Подогрев сжатого воздуха, находящегося сначала при окружающей температуре, позволяет при незначительных затратах энергии быстро получать высокие температуры, контролируя при этом их значение, чтобы предпочтительно оставаться на уровне ниже температур образования исключительно вредных и загрязняющих атмосферу оксидов азота. Использование теплового устройства-подогревателя позволяет применять непрерывное чистое горение, которое можно катализировать или очищать от загрязнений любыми известными средствами с целью получения выбросов, практически не содержащих загрязнений.
В качестве энергии тепловое устройство-подогреватель может использовать ископаемое топливо, такое как бензин, газойль или сжиженный нефтяной газ или бытовой природный газ. Оно может также использовать биотопливо или этиловый спирт, что обеспечивает работу с использованием двух видов энергии и внешнего горения, где повышение температуры обеспечивает горелка. Он может также использовать термохимические процессы, обеспечивающие такое повышение температуры.
Согласно варианту изобретения двигатель использует солнечную энергию для подогрева сжатого воздуха или любого другого газа и оборудован для этого параболическим солнечным устройством, фокусная точка которого находится в тепловом устройстве, для обеспечения повышения температуры сжатого воздуха или любого другого газа, что позволяет увеличить количество используемой и доступной энергии за счет того, что перед попаданием в активную зону CA сжатый воздух или любой другой газ при постоянном давлении увеличит свою температуру и объем, что позволяет улучшить автономность
упомянутой машины.
Различные используемые виды энергии и тепловые устройства подогрева можно использовать раздельно или в комбинации и можно изменять, не меняя при этом принципа изобретения. В варианте работы с дополнительной энергией термодинамический цикл двигателя в соответствии с изобретением содержит четыре фазы, в том числе
изобарное повышение температуры;
изобарный/изотермический переход;
политропное расширение с совершением работы;
выпуск при окружающем давлении.
Согласно варианту изобретения, который обеспечивает автономную работу двигателя в соответствии с изобретением с использованием двух видов энергии, двигатель, выполняющий функцию редуктора, соединен и вращает воздушный компрессор, который во время работы с дополнительной энергией позволяет пополнять сжатым воздухом резервуар-накопитель сжатого воздуха или любого другого газа под высоким давлением.
Предпочтительно между компрессором и резервуаром-накопителем располагают теплообменник воздух-воздух или другого типа, чтобы сжатый воздух или любой другой газ под высоким давлением и при повышенной температуре на выходе компрессора мог в резервуаре достичь температуры, близкой к окружающей температуре. В этой конфигурации двигатель в соответствии с изобретением работает согласно термодинамическому циклу, содержащему шесть фаз, в том числе
политропное сжатие окружающего/атмосферного воздуха;
охлаждение до окружающей/атмосферной температуры в целях хранения;
изобарное повышение температуры;
изобарный и изотермический переход;
политропное расширение с совершением работы;
выпуск при окружающем давлении.
Управление двигателем по крутящему моменту и по режиму оборотов осуществляют предпочтительно при помощи электронного устройства, при этом крутящий момент и режим двигателя задают при помощи устройства, управляемого акселератором, который подает команду на открывание/закрывание средства открывания/перекрывания впускного канала, который питает сжатым воздухом или любым другим газом активную зону CA, что позволяет не только открывать средства открывания/перекрывания по существу в верхней мертвой точке, но также изменять продолжительность и/или угловой сектор впуска, а также проходное сечение отверстия, чтобы определять давление в конце расширения в зависимости от давления в резервуаре-накопителе, количество поступающего сжатого воздуха или любого другого газа, объем активной зоны CA посредством закрывания средств открывания/перекрывания. Оборудованный таким образом двигатель в соответствии с изобретением с использованием одного вида энергии и двух видов энергии работает в трех режимах, которые можно применять отдельно или в комбинации, а именно:
работа в режиме использования одного вида энергии - нулевое загрязнение - с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением;
работа в режиме использования двух видов энергии с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя;
работа в автономном режиме использования двух видов энергии со сжатым воздухом или любым другим газом, подаваемым в резервуар воздушным компрессором, вращаемым двигателем, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя.
Теплообменники могут быть теплообменниками воздух/воздух или воздух/жидкость или любым другим устройством или газом, обеспечивающим искомый эффект.
Двигатель с активной камерой в соответствии с изобретением можно применять на любых наземных, морских, железнодорожных, воздушных транспортных средствах. Двигатель с активной камерой в соответствии с изобретением предпочтительно может также находить свое применение в аварийных генераторных агрегатах, также как и в многочисленных бытовых установках, используемых для получения электроэнергии, для обогрева и кондиционирования. Другие цели, преимущества и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания нескольких вариантов выполнения, представленных в качестве неограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает схематичный вид двигателя в соответствии с изобретением с активной зоной, включенной в цилиндр, который показан в осевом разрезе в своей нижней мертвой точке, и его устройства питания сжатым воздухом;
фиг. 2-4 - различные фазы работы двигателя в соответствии с изобретением;
фиг. 5 - двигатель в соответствии с изобретением, содержащий два цилиндра;
фиг. 6 - схематичный вид в разрезе двигателя и его устройства питания сжатым воздухом, содер
жащего устройство подогрева сжатого воздуха при помощи солнечного параболического устройства;
фиг. 7 - схематичный вид двигателя в соответствии с изобретением, соединенного с компрессором, питающим резервуар-накопитель. На фиг. 1 показан двигатель с автоматическим расширением с активной камерой в соответствии с изобретением, содержащий рабочий цилиндр 1, в котором перемещается скольжением поршень 2, соединенный через шатун 3 с шатунной шейкой 4 коленчатого вала 5.
Объем рабочего цилиндра 1 двигателя в соответствии с изобретением, через который проходит поршень 2, делится по воображаемой линии DD' (соответствующей плоскости деления, ортогональной к оси цилиндра) на две части: первую часть, образующую активную зону CA, которая, таким образом, включена в цилиндр, и вторую часть, образующую расширительную зону CD. Когда поршень 2 находится в своей верхней мертвой точке, то в соответствии с конструкцией остаточный объем между верхней стороной поршня и находящимся напротив участком головки блока 6 является нулевым или почти нулевым, и в этом случае объем активной зоны CA и расширительной зоны CD равен нулю. Начиная от верхней мертвой точки поршня, объем цилиндра, проходимый поршнем и находящийся над верхней стороной поршня, будет постепенно увеличиваться, создавая таким образом последовательно активную зону CA и затем расширительную зону CD. Таким образом, ход вниз поршня 2 в цилиндре 1 содержит последовательно первую "верхнюю" часть, соответствующую постепенному образованию так называемой активной зоны CA, и вторую "нижнюю" часть, соответствующую постепенному образованию так называемой расширительной зоны CD.
Рабочий цилиндр 1 закрыт верхней головкой 6 блока, содержащей впускной канал 7 и выпускной канал 8, сообщающиеся с цилиндром 1, а также соответствующие средства перекрывания упомянутых каналов, при этом упомянутые средства в данном случае являются соответственно впускным клапаном 9 и выпускным клапаном 10. Согласно изобретению впускной канал 7 напрямую соединен с резервуаром 12 высокого давления, который, таким образом, напрямую питает активную камеру CA через впускной канал 7. Сжатый воздух под высоким давлением, содержащийся в резервуаре-накопителе 12 высокого давления, питает напрямую активную зону CA через впускной канал 7 при постоянном давлении во время каждого оборота двигателя, причем это давление постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе в ходе его опорожнения.
Для обеспечения контроля двигателя по режиму оборотов и по нагрузке применяют устройство (не показано), управляемое электронным вычислительным устройством, которое учитывает, в частности, положение акселератора, такого как педаль акселератора, давление сжатого воздуха, содержащегося в резервуаре-накопителе, режим оборотов двигателя, а также другие рабочие параметры, и которое подает команду на открывание и закрывание впускного клапана 9 впускного канала 7, который питает сжатым воздухом включенную активную зону CA, позволяя не только открывать клапан, по существу, в верхней мертвой точке, но также изменять продолжительность и/или угловой сектор впуска, а также проходное сечение отверстия, изменяя высоту подъема клапана, чтобы определять в зависимости от всех или части этих различных параметров:
количество поступающего сжатого воздуха;
объем активной камеры посредством закрывания клапана 9;
давление в конце расширения.
На фиг. 2 показан двигатель в соответствии с изобретением во время впуска, при этом впускной клапан 9 открывается, начиная от верхней мертвой точки. Сжатый воздух под давлением, содержащийся в резервуаре-накопителе 12, питает включенную активную зону CA, объем которой постепенно увеличивается, и толкает поршень 2 во время его хода вниз, производя работу и осуществляя первую фазу термодинамического цикла: изобарный и изотермический переход. На фиг. 3 показан двигатель в соответствии с изобретением, когда поршень 2 доходит до линии DD', т.е. в момент, когда объем активной камеры CA становится максимальным и давление в активной камере оказывается равным давлению в резервуаре-накопителе 12. Впускной клапан 9 закрылся и перекрыл подачу воздуха под давлением. Сжатый воздух, содержащийся в активной зоне CA, расширяется, толкая поршень 1 в направлении его нижней мертвой точки (фиг. 4), производя работу расширения в двигателе и осуществляя вторую фазу термодинамического цикла: политропное расширение с совершением работы.
Затем поршень 1 достигает своей нижней мертвой точки (фиг. 1), соответствующей максимальному свободному объему цилиндра, проходимому поршнем, при этом выпускной клапан 10 открывается с целью удаления через выпускной канал 8 расширенного воздуха при давлении, близком к окружающему/атмосферному давлению, в атмосферу во время его хода вверх, что соответствует фазе термодинамического цикла: выпуску при окружающем давлении. На фиг. 5 показан двухцилиндровый двигатель с двумя ступенями с увеличивающимся рабочим объемом в соответствии с изобретением, при этом слева направо на фигуре показан первый цилиндр 1 меньшего рабочего объема, в котором перемещается скольжением поршень 2, соединенный шатуном 3 с шатунной шейкой 4 коленчатого вала 5.
Этот первый рабочий цилиндр 1 разделен линией DD' на две части: активную зону CA и зону частичного расширения CD (на чертеже не видна).
Первый рабочий цилиндр 1 закрыт головкой блока 6, содержащей сообщающиеся с цилиндром 1 впускной канал 7 и выпускной канал 8, а также средства перекрывания упомянутых каналов, которыми в
данном случае являются впускной клапан 9 и выпускной клапан 10. Впускной канал 7 соединен с резервуаром 12 высокого давления через трехходовой вентиль 21. Выпускной канал 8 выходит в атмосферу.
Вторая ступень образована вторым цилиндром 1A, рабочий объем которого превышает рабочий объем первого цилиндра 1 и в котором перемещается скольжением поршень 2A, соединенный шатуном 3A с шатунной шейкой 4A общего коленчатого вала 5.
Второй рабочий цилиндр 1A поделен по линии DD' на две части: вторую активную зону CA1 и вторую расширительную зону CD1. Второй рабочий цилиндр 1A закрыт общей головкой блока 6, содержащей впускной канал 7A и выпускной канал 8A, а также средства перекрывания этих каналов, которыми в данном случае являются впускной клапан 9A и выпускной клапан 10A. Впускной канал 7A соединен с резервуаром 12 высокого давления через трехходовой вентиль 21. Выпускной канал 8A выходит в атмосферу. Сжатый воздух под высоким давлением, содержащийся в резервуаре-накопителе 12 высокого давления, поступает через трехходовой вентиль 21 либо во впускной канал первого цилиндра 1, либо во впускной канал второго цилиндра 1А, либо сразу в два цилиндра 1 и 1А одновременно.
Значения давления, указанные ниже при кратком описании работы двухцилиндрового двигателя, представлены в качестве неограничительного примера реалистического и возможного варианта выполнения изобретения.
Во время работы, пока давление сжатого воздуха, содержащегося в резервуаре-накопителе 12, находится в верхнем диапазоне значений давления впуска, например в верхней трети, для резервуара с максимальным давлением 210 бар, например с давлением от 140 до 210 бар, трехходовой вентиль перекрывает впускной канал 7A и направляет сжатый воздух во впускной канал 7 первого цилиндра 1, который самостоятельно обеспечивает работу двигателя в соответствии с изобретением.
Когда давление впуска сжатого воздуха, содержащегося в резервуаре-накопителе 12, находится в промежуточном диапазоне значений давления впуска, например соответствующем средней трети значений впуска, для резервуара с максимальным давлением 210 бар, например с давлением от 70 до 140 бар, трехходовой вентиль перекрывает впускной канал 7 и направляет сжатый воздух во впускной канал 7A второго цилиндра 1A, который самостоятельно обеспечивает работу двигателя с автоматическим расширением. Когда давление сжатого воздуха, содержащегося в резервуаре-накопителе 12, находится в нижнем диапазоне значений давления впуска, например, соответствующем нижней трети значений давления впуска, для резервуара с максимальным давлением 210 бар, например с давлением от 5 до 70 бар, трехходовой вентиль направляет сжатый воздух одновременно во впускной канал 7 первого цилиндра 1 и во впускной канал 7A второго цилиндра 1A, при этом оба цилиндра 1 и 1A обеспечивают вместе работу двигателя.
На фиг. 6 показан двигатель в соответствии с изобретением и его устройство питания воздухом под высоким давлением, содержащее устройство подогрева сжатого воздуха при помощи солнечного параболического устройства 16, фокус которого находится в камере, что позволяет повысить температуру проходящего через нее сжатого воздуха. Эта конструкция позволяет увеличить количество используемой и доступной энергии за счет того, что перед поступлением во включенную активную зону CA сжатый воздух повышает свою температуру и увеличивает свой объем, что при одинаковых характеристиках производительности позволяет отбирать меньший объем сжатого воздуха в резервуаре-накопителе 12 и увеличить, таким образом, автономию транспортного средства, оборудованного таким двигателем в соответствии с изобретением. На фиг. 7 представлен двигатель в соответствии с изобретением в варианте работы с использованием двух видов энергии, например, с так называемой дополнительной энергией ископаемого происхождения, в данном случае содержащий тепловое устройство 17, содержащее горелку 17, включенную в камеру 17A и питаемую от газового баллона 18.
Во время своего вращения коленчатый вал 5 вращает компрессор 19, производящий сжатый воздух и питающий резервуар-накопитель 12 через теплообменник 20 воздух/воздух.
Общая работа двигателя идентична работе, описанной выше со ссылками на фиг. 1-4. Однако эта конструкция позволяет заполнять резервуар-накопитель во время работы при помощи дополнительной энергии.
Двигатель с автоматическим расширением и с включенной активной камерой был описан в варианте работы на сжатом воздухе. Однако он может использовать любой сжатый газ/газ, не выходя при этом за рамки заявленного изобретения.
Изобретение не ограничивается описанными и показанными на чертежах примерами выполнения: материалы, средства управления, описанные устройства можно варьировать в пределах эквивалентов при достижении одинаковых результатов. Можно также изменять число рабочих цилиндров, их рабочие объемы, максимальный объем активной камеры по отношению к объему, вытесняемому из цилиндра/цилиндров, и число ступеней расширения, не выходя за рамки настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двигатель с активной зоной, содержащий по меньшей мере один цилиндр (1) и поршень (2), установленный с возможностью перемещения скольжением в цилиндре (1) и приводящий в действие коленчатый вал (5) при помощи традиционного кривошипно-шатунного механизма (3, 4), в котором объем цилиндра (1), проходимый поршнем (2), делится на две отдельные части, первая из которых образует активную зону (CA), которая включена в цилиндр, и вторая часть образует расширительную зону (CD), при этом цилиндр (1) закрыт в своей верхней части головкой (6) блока цилиндров, содержащей по меньшей мере один впускной канал и отверстие (7) и по меньшей мере один выпускной канал и отверстие (8), и выполнен таким образом, что, когда поршень (2) находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, заключенный между поршнем (2) и головкой (6) блока, за счет конструкции сокращается до минимальных зазоров, обеспечивающих бесконтактную работу между поршнем и головкой блока цилиндров, и в котором сжатый воздух или любой другой газ под давлением, подаваемый из резервуара-накопителя сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, поступает в цилиндр (1) над поршнем, и под непрерывным толкающим усилием сжатого воздуха или любого другого газа под давлением объем активной зоны (CA) увеличивается, производя работу, причем впуск сжатого воздуха или любого другого газа под давлением в цилиндр прекращается, как только активная зона (CA) достигает своего максимального объема, и количество сжатого воздуха или любого другого газа под давлением, содержащееся в упомянутой активной зоне, расширяется, толкая поршень на второй части его хода, обеспечивая, таким образом, фазу расширения, при этом после достижения поршнем его нижней мертвой точки выпускное отверстие открывается для обеспечения фазы выпуска во время подъема поршня на всем протяжении его хода, резервуар-накопитель (12) сжатого воздуха под высоким давлением или любого другого газа под давлением для питания напрямую через впуск рабочего цилиндра (1) так, что
заполнение активной зоны CA в цилиндре происходит при постоянном давлении впуска на каждом обороте двигателя, в котором это давление впуска постепенно понижается по мере понижения давления в резервуаре-накопителе (12) в ходе опорожнения этого резервуара;
средства (7, 9) открывания и перекрывания впуска сжатого воздуха в активную зону (CA) выполнены с возможностью открытия впускного отверстия и канала (7), по существу, в верхней мертвой точке хода поршня изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, причем минимальный объем активной зоны (CA) предусмотрен для максимального давления хранения, с последующим постепенным его увеличением таким образом, чтобы в зависимости от давления впуска, от соотношения объемов между включенной активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) давление в конце расширения перед открыванием выпуска (8) было близким к атмосферному;
при этом граница между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) задается режимом раскрытия и закрытия средств (7, 9), причем положение границы между активной зоной (CA) и расширительной зоной (CD) зависит от давления в резервуаре-накопителе (12).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что работает согласно трехфазному термодинамическому циклу, содержащему
изобарный и изотермический переходы; политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере два цилиндра (1; 1A) с увеличивающимся рабочим объемом, каждый из которых работает согласно описанному выше принципу, причем
когда давление впуска находится в своем верхнем диапазоне, соответствующем, например, верхней трети значений давления впуска, питание получает только цилиндр с меньшим рабочим объемом;
когда давление впуска находится в промежуточном диапазоне, соответствующем, например, средней трети значений давления впуска, питание получает только второй цилиндр большего рабочего объема;
когда давление впуска находится в нижнем диапазоне, соответствующем, например, нижней трети значений давления впуска, питание получают оба цилиндра одновременно.
4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере три цилиндра, в том числе упомянутые два цилиндра с увеличивающимся рабочим объемом.
5. Двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что между резервуаром-накопителем (12) и впуском двигателя расположено тепловое устройство, представляющее собой изобарный подогреватель сжатого воздуха или любого другого газа.
6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что изобарный подогреватель содержит параболическое солнечное устройство, фокусная точка которого находится в тепловом устройстве.
7. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя четыре фазы, в том числе
изобарное повышение температуры;
изотермический переход;
политропное расширение с совершением работы; выпуск при окружающем давлении.
8. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью соединения и вращения воздушного компрессора (19).
9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что содержит теплообменник воздух-воздух или другого типа, который располагают между компрессором (19) и резервуаром-накопителем (12) таким образом, чтобы сжатый воздух или любой другой газ под высоким давлением и при повышенной температуре на выходе компрессора мог в резервуаре-накопителе достичь температуры, близкой к окружающей температуре.
10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что он является двигателем, термодинамический цикл которого включает в себя шесть фаз, в том числе
политропное сжатие окружающего/атмосферного воздуха;
охлаждение до окружающей/атмосферной температуры в целях хранения;
изобарное повышение температуры;
изобарный/изотермический переход;
политропное расширение с совершением работы;
выпуск при окружающем давлении.
11. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что выполнен с возможностью задания крутящего момента и режима двигателя при помощи устройства, управляемого акселератором, для подачи команды на открывание/закрывание средств открывания/перекрывания (9) впускного канала (8), питающего сжатым воздухом или любым другим газом активную камеру (CA), путем открытия средств открывания/перекрывания, по существу, в верхней мертвой точке, но также изменения продолжительности и/или углового сектора впуска, а также проходного сечения отверстия, чтобы задавать давление в конце расширения в зависимости от давления в резервуаре-накопителе, количества поступающего сжатого воздуха или любого другого газа, объема активной зоны (CA) посредством закрывания средств открывания/перекрывания (9).
12. Двигатель по одному из пп.5 или 6, отличающийся тем, что он содержит электронное вычислительное устройство, регулирующее добавляемое количество энергии в зависимости от давления сжатого воздуха или любого другого газа и, следовательно, от массы воздуха или любого другого газа, поступающей в активную зону (CA).
13. Двигатель по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он является двигателем, работающим в трех режимах, которые можно применять отдельно или в комбинации, а именно:
работа в режиме использования одного вида энергии - нулевое загрязнение - с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением;
работа в режиме использования двух видов энергии с предварительно сжатым воздухом или любым другим газом, содержащимся в резервуаре-накопителе под высоким давлением, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя;
работа в автономном режиме использования двух видов энергии со сжатым воздухом или любым другим газом, подаваемым в резервуар воздушным компрессором, вращаемым двигателем, плюс дополнительная энергия, получаемая от теплового устройства-подогревателя.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
030098
- 1 -
030098
- 1 -
030098
- 1 -
030098
- 1 -
030098
- 1 -
030098
- 1 -
030098
- 4 -
030098
- 10 -