Поршневой двигатель-генератор с внешней камерой сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: поршневой двигатель-генератор с внешней камерой сгорания содержит компрессорный цилиндр, состоящий из поршня, соединенного посредством шатуна с коленчатым валом, установленным в опорах, и имеющий впускной и выпускной клапаны, и расширительный цилиндр, состоящий из поршня, соединенного посредством шатуна с коленчатым валом, и имеющий впускной и выпускной клапана. На выходе последнего установлен теплообменник, вход которого подключен к выпускному клапану компрессорного цилиндра, а выход к внешней камере сгорания. Связь между компрессорными и расширительным цилиндрами осуществляется посредством электродвигателя-генератора, который состоит из статора, закрепленного на маховике расширительного цилиндра, и ротора, соединенного с коленчатым валом компрессорного цилиндра. Статор и ротор оснащены щеточными коллекторами. В состав двигатель-генератора входит регулятор электрический и аккумулятор. 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к области двигателестроения поршневых двигателей нетрадиционных схем принципиально нового направления организации рабочего процесса подвода энергии во внешней камере сгорания постоянного объема.

Известно устройство поршневого двигателя, в котором процесс сжатия и расширения газа осуществляется в разных цилиндрах (авт. свид. СССР N 828760, МКИ F 01 B 41/02, 1979), поршни которого размещены в цилиндрах со сдвигом по углу поворота коленчатого вала и связаны с коленчатым валом при помощи шатунов. Процесс горения в этом двигателе осуществляется при постоянном объеме камеры сгорания. Двигатель содержит компрессорный цилиндр, расширительный цилиндр, объем которого в два и более раз больше объема компрессорного цилиндра, и камеру сгорания с находящимся внутри вращающимся клапаном золотникового типа.

Недостатком данного устройства является его низкая эффективность, связанная с гидравлическими потерями в проточной части после компрессорного цилиндра.

Известно устройство поршневого двигателя, в котором процесс сжатия осуществляется в двух рабочих цилиндрах (авт. свид. СССР N 1.470.987, МКИ F 02 B 41/08, 1983), где каждый рабочий цилиндр сообщен с расширительным цилиндром при помощи перепускных клапанов. Процесс сгорания газа осуществляется в надпоршневой полости рабочих цилиндров.

Недостатком данного устройства является сложная кинематическая связь поршня расширительного цилиндра с поршнями рабочих цилиндров.

Известно устройство поршневого двигателя (патент США N 4.133.172, МКИ F 02 B 41/02, 1979), выбранного авторами в качестве прототипа, который содержит компрессорные и расширительные цилиндры, рекуперативный теплообменник и внешнюю камеру сгорания, где поршни цилиндров связаны с коленчатым валом при помощи шатунов, а вход компрессорных цилиндров соединен через рекуперативный теплообменник, установленный на выходе расширительных цилиндров, с внешней камерой сгорания непрерывного действия, подключенной ко входу расширительных цилиндров.

Недостатком прототипа является низкая эффективность двигателя вследствие зависимой передачи работы и частоты вращения от расширительных цилиндров компрессорным посредством механической связи.

Задачей изобретения состоит в повышении экономичности поршневого двигателя с внешней камерой сгорания путем организации электромагнитной связи между коленчатыми валами компрессорных и расширительных цилиндров при работе их на оптимальных режимах не зависимо от частоты вращения и параметров рабочего процесса.

Указанная задача достигается тем, что в поршневом двигателе с внешней камерой сгорания непрерывного действия, содержащем компрессорные и расширительные цилиндры, внешнюю камеру сгорания постоянного объема и рекуперативный теплообменник, согласно изобретению, двигатель снабжен электродвигатель-генератором, который установлен на одной оси между компрессорными и расширительными цилиндрами, и соединен с ними статором к коленчатому валу расширительного цилиндра, закрепленного на маховике, а ротором к коленчатому валу компрессорного цилиндра.

Именно заявленная установка между компрессорными и расширительными цилиндрами электродвигатель-генератора, позволяет осуществить регулируемую передачу работы и частоты вращения вала от расширительного цилиндра к компрессорному. Введении в указанной связи с коленчатыми валами компрессорного и расширительного цилиндров является ранее не известным. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ заявляемого решения устройства поршневого двигателя-генератора с внешней камерой сгорания с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается новым элементом - электродвигатель-генератором, ранее известным. При введении в указанной связи с остальными элементами устройства проявляются новые свойства, что приводит к улучшению экономичности двигателя. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена схема предполагаемого изобретения поршневого двигателя-генератора с внешней камерой сгорания, который содержит компрессорные цилиндр 1, состоящий из поршня 2, соединенного посредством шатуна 3 с коленчатым валом 4, установленного в опорах 5, имеющий впускной 6 и выпускной 7 клапаны и расширительный цилиндр 8, состоящий из поршня 9, соединенного посредством шатуна 10 с коленчатым валом, установленного в опорах 12, имеющий впускной 13 и выпускной 14 клапана, где на выходе последнего установлен теплообменник 15, вход которого подключен к выпускному клапану 7 компрессорного цилиндра 1, а выход к внешней камере сгорания 16. Связь между компрессорными 1 и расширительными 9 цилиндрами осуществляется посредством электродвигателя-генератора 17, который состоит из статора 18, соединенного на маховике 19 расширительного цилиндра 8 и ротора 19, соединенного с коленчатым валом 4 компрессорного цилиндра 1. Статор 18 и ротор 19 оснащен щеточными коллекторами 21 и 22. В состав двигатель-генератора входит регулятор 23 электрический и аккумулятор 24.

Предлагаемая работа устройства реализуется следующим образом. Под действием электрической энергии аккумулятора 24 посредством регулятора 23 электродвигатель-генератор 17 работает в режиме двигателя, вращая в противоположные стороны коленчатые валы 5 и 11 компрессорного 1 и расширительного 8 цилиндров. Воздух через клапан 6 засасывается в рабочую полость компрессорного цилиндра 1, сжимается и через клапан 7 поступает в теплообменник 15, а затем во внешнюю камеру сгорания 16, куда подается топливо и поджигается образовавшаяся смесь. Осуществляется процесс непрерывного горения в ней. Затем поступает в рабочую полость рабочего цилиндра 8 через клапан 13, где при расширении газа увеличивается работа и частота вращения на коленчатом валу, которая передается электродвигателю-генератору 17. При прохождении нижней "мертвой точки" газ вытесняется принудительно из рабочей полости посредством движения поршня 7 вверх через клапан 14. Проходя через теплообменник 15, газ нагревает воздух на входе внешней камеры сгорания 16. Электродвигатель-генератор 17 переключается регулятором 23 в режим генератора. Посредством изменения тока на обмотке ротора 20 регулируется передача работы и частоты вращения вала компрессорного цилиндра 1. Избыток электроэнергии используется для подзарядки аккумулятора и передаче потребителю.

Формула изобретения

Поршневой двигатель с камерой сгорания непрерывного действия, содержащий компрессорные и расширительные цилиндры, внешнюю камеру сгорания постоянного объема и рекуперативный теплообменник, отличающийся тем, что двигатель снабжен электродвигатель-генератором, который установлен на одной оси между компрессорными и расширительными цилиндрами и присоединен к ним статором к коленчатому валу расширительного цилиндра, закрепленного на маховике, а ротором к коленчатому валу компрессорного цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1