ПРИВОД ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ Российский патент 1995 года по МПК F02G1/53 

Изобретение относится к области двигателестроения, занимающейся двигателями с внешним подводом теплоты (ДВПТ).

Известны двигатели с внешним подводом теплоты, содержащие два вала с синхронным вращением, связанных при помощи шестерен и снабженных кривошипами, каждый из которых связан через шатуны с пальцами траверс соосных поршней: рабочего и поршня-вытеснителя, смещенных по фазовому углу.

Этим двигателям присущи повышенные механические потери, связанные с тем, что при работе двигателя в определенный момент времени давление под поршнем становится выше давления над поршнем и крутящий момент меняет свой знак. Шестерня одного из коленчатых валов, не связанная с зубчатым колесом вала отбора мощности, поворачивается в сторону, противоположную его вращению, выбирая зазор между зубчатыми колесами на коленчатых валах. Шестерня, связанная с валом отбора мощности, остается в прежнем положении за счет инерции маховика. При этом произойдет перекос траверс, вызывая повышенное трение в узлах ДВПТ, тем самым снижая механический КПД.

Кроме того, эти двигатели обладают сравнительно низким ресурсом работы в связи с неодинаковым износом шестерен на коленчатых валах, так как одно из них дополнительно входит в зацепление с зубчатым колесом вала отбора мощности, при этом сила, передаваемая в этом зацеплении, вдвое превышает силу между шестернями на коленчатых валах.

Известен также двигатель с внешним подводом теплоты, снабженный промежуточным колесом, выполненным с двумя зубчатыми венцами: внутренним и внешним, причем внутренний венец связан с шестерней одного вала, а внешний с шестерней другого вала (прототип).

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет обеспечить оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра двигателя, а следовательно, понижает эффективность его работы. Это объясняется тем, что устройство в виде рычажного ромбического механизма не в состоянии точно воспроизвести требуемое движение вытеснителя, соответствующее оптимальному закону изменения объема горячей полости. Кроме того, устройство имеет сложную конструкцию, поскольку снабжено большим количеством шатунов и шарниров, что увеличивает габариты, особенно по высоте.

Целью изобретения является повышение эффективности путем обеспечения оптимального закона изменения объема горячей полости цилиндра двигателя, а также упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Для достижения поставленной цели в приводе для двигателя с внешним подводом теплоты, содержащем два вала с синхронным вращением, кинематически связанных с рабочим поршнем и поршнем-вытеснителем, промежуточное колесо, выполненное с двумя зубчатыми венцами, при этом внутренний венец связан с шестерней одного вала, а внешний с шестерней другого вала, связь валов с рабочим поршнем выполнена через кривошипы, каждый из которых связан через шатун с пальцем траверсы рабочего поршня, связь валов с поршнем-вытеснителем выполнена в виде кулачков, каждый из которых расположен на одном из валов и взаимодействует с поршнем-вытеснителем через подпружиненную опорную пластину и коромысло, шарнирно соединенное со штоком поршня-вытеснителя, кулачки снабжены ограничительными буртиками, а опорные пластины соприкасаются с поверхностью между буртиками.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2.

Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором размещены рабочий поршень 2 и поршень-вытеснитель 3. Привод содержит валы 4 и 5, на которых жестко закреплены шестерни 6 и 7, а также кулачки 8 и 9 с ограничительными буртиками 10. Валы 4 и 5 снабжены кривошипами 11 и 12, каждый из которых связан через шатуны 13 и 14 с пальцами траверсы 15 и штоком 16 рабочего поршня 2. Шестерни 6 и 7 находятся в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 17, выполненным с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, причем внутренний венец связан с шестерней 6, а внешний с шестерней 7. Зубчатое колесо 17 установлено на валу 18 отбора мощности. С кулачками 8 и 9 взаимодействуют опорные пластины 19 и 20, жестко связанные с коромыслом 21, которое соединено со штоком 22 поршня-вытеснителя 3. Опорные пластины 19 и 20 подпружинены к профильным поверхностям кулачков 8 и 9 посредством пружины 23, установленной между упорным кронштейном 24 и коромыслом 21. Валы 4, 5 и 18 установлены в подшипниковых опорах 25. Коромысло 21 соединено со штоком 22 поршня-вытеснителя 3 посредством шарнира 26.

Двигатель работает следующим образом. При расширении нагретого газа поршень 2 и поршень-вытеснитель 3 движутся вниз, причем работу совершает только поршень 2, так как давление газа с обеих сторон вытеснителя приблизительно одинаково. Возвратно-поступательное движение поршня 2 преобразуется через траверсу 15, шатуны 13 и 14 и кривошипы 11 и 12 во вращательное движение валов 4 и 5, которые через шестерни 6 и 7 и промежуточное зубчатое колесо 17 передают вращение валу 18 отбора мощности. Во время такта сжатия газа поршень 2 будет перемещаться вверх, при этом соответствующие движения будут совершать соединенные с ним перечисленные выше звенья. Необходимый оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра обеспечивается кулачковым механизмом, поскольку поршень-вытеснитель 3 через шток 22 связан с коромыслом 21 опорных пластин 19 и 20, контактирующих с профильными поверхностями кулачков 8 и 9, задающих необходимый закон движения поршня-вытеснителя 3. Размещение опорных пластин 19 и 20 между буртиками 10 кулачков 8 и 9 исключает возможность нарушения ориентации опорных пластин на кулачках, а жесткое соединение опорных пластин 19 и 20 с коромыслом 21, которое шарниром 26 связано со штоком 22 поршня-вытеснителя 3 и одновременно подпружинено посредством пружины 23 и упорного кронштейна 24, позволяет в процессе работы обеспечить равные нагрузки на кулачки 8 и 9 и опорные пластины 19 и 20 и постоянный контакт последних с профильными поверхностями кулачков 8 и 9.

Предлагаемое устройство позволяет точно воспроизвести необходимое перемещение поршня-вытеснителя и тем самым обеспечить оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра двигателя, а следовательно, повысить его эффективность, кроме того, упрощается конструкция и уменьшаются габариты по высоте.

Использование: область двигателестроения, занимающаяся двигателями с внешним подводом теплоты с замкнутым циклом. Сущность изобретения: привод для двигателя с внешним подводом теплоты содержит два вала 4 и 5 с синхронным вращением, кинематически связанных с рабочим поршнем 2 и поршнем-вытеснителем 3, промежуточное колесо 17, выполненное с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, из которых внутренний венец связан с шестерней 6 одного вала, а внешний - с шестерней 7 другого вала, причем связь валов с рабочим поршнем выполнена через кривошипы 11 и 12, каждый из которых связан через шатуны 13 и 14 с пальцем траверсы 15 рабочего поршня. Связь валов с поршнем-вытеснителем выполнена в виде кулачков 8 и 9, каждый из которых расположен на одном из валов и взаимодействует с поршнем-вытеснителем через соответствующую подпружиненную опорную пластину 19 и 20 и коромысло, соединенное со штоком поршня-вытеснителя. Применение кулачков, опорной пластины и коромысла для связи валов с поршнем-вытеснителем позволяет обеспечить оптимальный закон изменения объма горячей полости цилиндра двигателя и тем самым повысить эффективность. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРИВОД ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ, содержащий два вала с синхронным вращением, кинематически связанные с рабочим поршнем и поршнем-вытеснителем, промежуточное колесо, выполненное с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, из которых внутренний венец связан с шестерней одного вала, а внешний с шестерней другого вала, причем связь валов с рабочим поршнем выполнена через кривошипы, каждый из которых связан через шатун с пальцем траверсы рабочего поршня, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, связь валов с поршнем-вытеснителем выполнена в виде кулачков, каждый из которых расположен на одном из валов и взаимодействует с поршнем-вытеснителем через подпружиненную опорную пластину и коромысло, соединенное со штоком поршня-вытеснителя. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что соединение коромысла со штоком поршня-вытеснителя выполнено в виде шарнира. 3. Привод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что кулачки выполнены с ограничительными буртиками, а опорные пластины соприкасаются с поверхностью, заключенной между буртиками.