Двигатель с внешним подводом теплоты Советский патент 1984 года по МПК F02G1/04 

11 Изобретение относится к двигател строению и может быть использовано в двигателях с внешним подводом теплоты . Известны двигатели с внешним подводом теплоты, многоцилиндровые двойного действия, содержащие цилинд ры, каждый из которых разделен при помощи поршня на изменяемые горячую М. холодную полости, нагреватель, ре Генератор и охладитель, сообщающие разноименные полости каждой пары соседних цилиндров, по меньшей мере одну камеру сгорания, подключенную к нагревателям, и штоки.поршней, свя зывающие порщни по меньшей мере с одной шайбой приводного вала lj . Известные двигатели недостаточно эффективны вследствие сложностей. связанных с конструкцией шайб привод ного вала, наличия осевых усилии на шайбы. Кроме того, частота вращения коленчатого вала равна числу ходов поршней в единицу времени, поэтому требуется высокая частота вращения для обеспечения необходимых габаритных и весовых показателей установки в целом. Целью изобретения является повышение эффективности двигателя. Для достижения поставленной цели в двигателе с внешним подводом тепло ты, многоцилиндровом двойного действия, содержащем цилиндры, каждый из которых разделен при помощи поршия на изменяемые и холодную полости, нагреватель, регенератор и охладитель, сообщающие разноименные полости каждой пары соседних цилиндров , по меньшей мере одну камеру сго рания, подключенную к нагревателям, и щтоки поршней, связьтающие поршни по меньшей мере с одной шайбой приводного вала, цилиндры расположены радиально вокруг приводного вала по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной оси его вращения, нагреватели размещены по одну сторону от плоскости расположения цилиндров, а шайба приводного вала выполнена в виде плоского диска с синусоидальными выступами, контактирующими со штоками поршней. Камера сгорания может быть расположена в центре. Цилиндры двигателя могут быть раз мещены в двух параллельньж плоскостях и их поршни связаны с двумя шай1бами, сдвинутыми по фазе, нагреватели размещены между плоскостями распо ложения цилиндров, причем нагреватели соседних цилиндров, расположенных в разных плоскостях, сгруппированы в отдельные секции, снабженные индивидуапьными камерами сгорания. Количество синусоидальных выступов каждой шайбы определяется в соответ-; ствии с формулой N ;ikty/),y-Um|yi, где - количество цилиндров, поршни которых связаны с шайбой; К,т,ц- целые положительные числа, причем тП7По На фиг. 1 а представлен двигатель, схематический поперечный разрез; на фиг. 1 ё схема соединения горячих и холодных полостей смежных цилиндров; на фиг. 2 - цилиндр двигателя, разрез; на фиг. За - варианты выполнения двигателя с общей камерой сгорания, размещенной в центре, поперечный разрез; на фиг. 3§ - то же, вид сбоку; на фиг. 4 О - вариант выполнения двигателя с двумя шайбами сгорания, схематический вид в плане; на фиг, 4S - то же, вид сбоку при снятой камере сгорания. Двигатель с внешним подводом теплоты (фиг. 1) содержит цилиндры 1, каждый из которых разделен при помощи поршня 2 на изменяемые горячую 3 и холодную 4 полости, нагреватель 5, регенератор 6 и охладитель 7, сообщаю щие разноименные полости каждой пары соседних цилиндров. К нагревателям 5 подключена по меньшей мере одна камера сгорания 8 (фиг, 3 и 4). Порщни 2 связаны при помощи штоков 9 по меньшей мере с одной шайбой 10 приводного вала 11 через крейцкопфы 12, снабженные роликами 13, свободно опирающимися на поверхность щайбы 10 (фиг. i и 2). Цилиндры 1 расположены радиально вокруг приводного вала 11 по меньшей мере в ОДНО0 плоскости, перпендикулярной оси его вращения, нагреватели 5 размещены по одну сторону от плоскости расположения цилиндров 1, а шайба 10 приводного вала 11 выполнена в виде плоского диска с синусоидальными выступами (фиг. 1 и 3). На фиг. lS показано, каким образом можно обеспечить фазовый сдвиг

в частном случае, равный /2 при разном числекулачковых выступов, которые имеют синусоидальный характер. Сплошные линии соответствуют случаю, когда горячая полость (-то цилиндра соединена с холодной (-1)го цилиндра, расположенного перед i-M цилиндром, если принять во внима ние сторону движения синусоидальных выступов. Штриховые линии соответствуют случаю, когда холодная полость 1-го цилиндра соединена с горячей (i-1)-ro цилиндра. Схема показьшает, что числсГ синусоидальных выступов связано с фазовым сдвигом между изменеиием объемов горячей и холодной .полостей смежных цилиндров, выражен:ным в долях IT, и числом цилиндров зависимостью

Н (К±У/21), , где л - число цилиндров; , 2, 3, ..., при условии, что число синусоидапьных выступов - положительная и целая величина.

Утечка рабочего тела из горячей полости 3 в холодную Аи, наоборот, предотвращается компрессионными кольцами 1А, а утечка рабочего тела из холодной полости 4 по штоку 9 - уплотнением 15, которое может быть фторопластовым или чулочного типа (фиг. 2).

Камера сгорания 8 в одном из вариантов компоновки (фиг. 3) расположена сбоку, соосно с осью вращающейся шайбы 10, одна на восемь цилиндров. Подвод воздуха осуществляется с помощью вентиляторов 16, подающих воздух через подогреватели 17 воздуха,где последний подогревается выпускными газами. Жаровые трубы, в которых расположены трубки нагревателя 5, отделены от корпуса с помощью термоизолирующего кожуха 18.

В другом варианте компоновки (фиг. 4) двигателя цилиндры расположены на двух параллельных плоскостях горизонтально. Для обеспечения компактности двигатель содержит две

шайбы с синусоидальной формы выступами, неподвижно закрепленные на одном валу и сдвинутые по фазе. Нагреватели размещены между плоскостями расположения цилиндров, расположенных в разных плоскостях, сгруппированы в отдельные секции, снабжен ные индивидуальными камерами сгорания .

При работе двигателя под действием перепада давления газа в полостях поршень 2 со штоком 9 и роликом 13 опускается, передавая уси- . лие Р на поверхность синусоидального выступа, которое преобразуется в касательную силу Р,, обуславливаю|Щую крутящий момент на валу.

На основном участке движения поршня суммарные газовые силы направлены вниз, прижимая ролик крейцкопфа к шайбе, и лишь на коротком отрезке, при подъеме поршня вверх, суммарные газовые силы направлены также вверх, разъединяя ролик крейцкопфа и поверхность шайбы. Однако в эти периоды силы инерции оказьтают благоприятное действие, способствуя контакту ролика и поверхности шайбы. Изменение сил инерции возможно как путем выбора номинальной частоты вращения приводного вала, так и изменением массы и хода поступательно движущихся частей.

Подбирая соотношения объемов горячей и холодной полостей и оптимальное значение сил инерции, можно добиться такого положения, когда на номинальном режиме двигателя суммарное воздействие всех сил направлено вниз, обеспечивая надежный контакт ролика крейцкопфа и шайбы.

Таким образом, использование пред лагаемого технического решения позволяет одновременно снизить частоты вращения нала по отношению к частоте поступательно движущихся поршней, и протекание рабочего процесса с оптимальным сдвигом фаз между изменением объемов горячей и холодных полостей смежных цилиндров, тем самым повысит эффективность двигателя в целом.

f«

«.2

Seyomie

1. ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ, многоцилиндровьй двойного действия, содержащий цилиндры, каждый из которых разделен при помощи поршня на изменяемые горячую и холодную полости, нагреватель, регенератор и охладитель, соойцающие разнообменные полости каждой пары соседних цилиндров, по меньшей мере одну камеру сгорания, подключенную к нагревателям, и штоки поршней, связывающие поршни по меньшей мере с одной шайбой приводного вала, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности, цилиндры расположены радиально вокруг приводного вала по меньшей мере в одной плоскости, перпендикулярной оси его вращения, нагреватели размещены по одну сторону от плоскости расположения цилиндров, а шайба приводного вала выполнена в виде плоского диска с синусоидальными выступами, контактиpyющи и со штоками поршней. 2.Двигатель по п. 1, о т л и чающийся тем, что камера сгорания расположена в центре. 3.Двигатель по п. 1, о т л и чающийся тем, что цилиндры двигателя размещены в двух параллельных плоскостях, и их поршни связаны с двумя шайбами, сдвинутыми по фазе, нагреватели размещены между плоскостями расположения цилиндров, причем нагреватели соседних цилиндров, расположеннь х в разных плоскостях, сгруппированы в отдельные секции, снабженные индивидуальными камерами сгорания. .