ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА ДЛЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ПРИВОДА Российский патент 1994 года по МПК F02C1/04 

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к устройству силовых агрегатов автомобилей.

Известна силовая установка преимущественно для транспортных машин, содержащая поршневой двигатель с внешним подводом теплоты, размещенным в цилиндре рабочим поршнем, отделяющим подпоршневую и надпоршневую камеры, и поршнем-вытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщаемые через нагреватель, регенератор и охладитель, а также обратимую расширительную машину объемного типа, связанную с подпоршневой камерой при помощи газовых магистралей.

Недостатками указанной силовой установки являются большая масса на единицу мощности, а также значительная сложность.

Целью изобретения является снижение удельной массы и упрощение рабочей схемы.

Указанная цель достигается за счет того, что в двигателе Стирлинга для рекуперативного привода автомобиля, содержащем рабочие цилиндры, каждый из которых при помощи поршня-вытеснителя разделен на горячую и холодную полости, связанные между собой через нагреватель, регенератор и холодильник, и снабжен установленным в нем поршнем гидронасоса, подпоршневая полость которого сообщена с холодной полостью рабочего цилиндра, а надпоршневая полость выполнена в виде полости нагнетания, связана через впускной обратный клапан и систему каналов со сливным баком турбожидкости и подключена к механизму преобразования энергии вытеснения жидкости в энергию вращения вала отбора мощности, цилиндры размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями к центру, нагреватель выполнен общим для всех цилиндров и установлен в центре между горячими полостями, блок выполнен вращающимся и установлен на валу отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопел реактивной гидротурбины, прикрепленной к блоку, при этом оба поршня каждого цилиндра установлены на общем штоке, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса.

Холодильники могут быть выполнены газожидкостными, а каждый из них включенным по жидкостной стороне в систему каналов, связывающих надпоршневую полость нагнетания со сливным баком турбожидкости через обратный клапан.

На фиг. 1 изображена гидрокинематическая схема двигателя Стирлинга; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема рекуперативного привода автомобиля, оснащенного указанным двигателем.

Двигатель Стирлинга для рекуперативного привода содержит установленный с возможностью вращения блок цилиндров 1 и общий нагреватель 2, размещенный концентрично блоку цилиндров 1. Поршни 3 расположены радиально и разделяют рабочие цилиндры на горячую 4 и холодную 5 полости, причем горячая полость 4 первого цилиндра согласно схеме двойного действия соединена посредством циркуляционной системы генератор 6 - холодильник 7 с холодной полостью 5 второго цилиндра и т.д. В общем нагревателе 2 смонтированы нагревательные трубки 8, которые сообщаются с горячими полостями 4 цилиндров двигателя и регенераторами 6. Система тактообразования состоит из профильного кольца 9 с эксцентричной рабочей поверхностью, сопряженной с толкателями 10, закрепленными на штоках 11.

На тех же штоках в паре с поршнями 3 установлены поршни 12 гидронасоса, полости нагнетания 13 которого соединены каналами 14 с тангенциальными соплами 15 реактивной гидротурбины. Полости 13 гидронасоса сообщаются также через систему обратных клапанов 16 с неподвижным сливным баком 17, заполненным турбожидкостью 18, которая поступает в него после отброса из сопел 15 на кожух 19. Турбожидкость 18 циркулирует по радиальным каналам 20.

На фиг. 2 показаны блок цилиндров 1 и профильное кольцо 9, которые смонтированы в радиальных опорах 21 и кинематически связаны между собой посредством планетарной передачи, включающей периферийный зубчатый венец внутреннего зацепления 22, сателлиты 23 и неподвижное центральное колесо 24. Толкатель 10 закреплен на штоке 11 и сопрягается с эксцентричной двухсторонней рабочей поверхностью 25 профильного кольца 9. Подпоршневая полость 26 гидронасоса выполнена в виде компрессора, который соединен при помощи обратного клапана 27 с холодной полостью 5 цилиндра двигателя. Кроме того, на фиг.2 изображены полый выходной вал 28, жестко связанный с блоком цилиндров 1, топливная форсунка 29, а также система подвода воздуха и выхлопа.

Рекуперативный привод автомобиля содержит двигатель Стирлинга 30, бесступенчатую коробку передач 31 и ведущую ось 32.

Двигатель Стирлинга работает следующим образом.

Запуск осуществляется от стартера путем раскручивания блока цилиндров 1 и кинематически связанного с ним посредством венца 22, сателлитов 23 и неподвижного центрального колеса 24 профильного кольца 9 до заданной угловой скорости. Одновременно производится впрыск топлива в общий нагреватель 2 через форсунку 29 и его сжигание. Вследствие разности угловых скоростей вращения блока цилиндров 1 и профильного кольца 9 сопряженные с эксцентричной рабочей поверхностью 25 посредством толкателя 10 поршни 3 начинают совершать тактовые перемещения, соответствующие циклу двойного действия, перегоняя газообразное рабочее тело из горячей полости 4 по нагревательным трубкам 8, смонтированным в нагревателе 2, через систему регенератор 6 - холодильник 7 в холодную полость 5 и обратно. При этом поршни 12 гидронасоса, установленные на штоках 11 попарно с поршнями 3, также совершают возвратно-поступательные перемещения, вследствие чего турбожидкость 18, поступая под действием центробежной силы из сливного бака 17, по радиальным каналам 20 через обратные клапаны 16 периодически заполняет полости нагнетания 13, а затем при рабочем ходе поршней 3 выбрасывается под давлением через тангенциальные сопла 15 реактивной гидротурбины, что и создает необходимый крутящий момент на выходном валу 28. Частота тактообразования будет составлять 20-30% частоты вращения выходного вала 28, что дает возможность использовать в качестве газообразного рабочего тела воздух.

Таким образом, двигатель Стирлинга для рекуперативного привода по существу представляет собой мотор-маховик, мощность которого может быть сведена к фиксированному минимуму. Его применение позволит также в 3-4 раза увеличить массу инерционного накопителя, что приведет к примерно двукратному снижению частоты вращения последнего при той же энергоемкости.

Использование: двигателестроение, устройства силового агрегата автомобилей, силовые установки и двигатели с замкнутым циклом. Сущность изобретения: двигатель содержит рабочие цилиндры 1, которые размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями 4 к центру, нагреватель 2 выполнен общим для всех цилиндров и расположен в центре между горячими полостями. Блок выполнен вращающимся и установлен на валу 28 отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопел 15 реактивной гидротурбины, прикрепленных к блоку. Поршни 3 и 12 установлены на общем штоке 11, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя 10, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца 9, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА ДЛЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ПРИВОДА транспортного средства, например, автомобиля, содержащий рабочие цилиндры, каждый из которых при помощи поршня-вытеснителя разделен на горячую и холодную полости, связанные между собой через нагреватель, регенератор и холодильник, и снабжен установленным в нем поршнем гидронасоса, подпоршневая полость которого сообщена с холодной полостью рабочего цилиндра, а надпоршневая полость выполнена в виде полости нагнетания и связана через впускной обратный клапан и систему каналов со сливным баком трубожидкости и подключена к механизму преобразования энергии вытеснения жидкости в энергию вращения вала отбора мощности, причем поршни связаны с механизмом тактообразования, отличающийся тем, что, с целью снижения удельной массы и упрощения рабочей схемы, цилиндры размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями к центру, нагреватель выполнен общим для всех цилиндров и расположен в центре между горячими полостями, блок выполнен вращающимся и установлен на валу отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопл реактивной гидротурбины, прикрепленных к блоку, причем оба поршня каждого цилиндра установлены на общем штоке, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что холодильники выполнены газожидкостными и каждый из них включен по жидкостной стороне в систему каналов, связывающих надпоршневую полость нагнетания со сливным баком турбожидкости через обратный клапан.