Двигатель с внешним подводом теплоты
Изобретение относится к двигателям объемного вытеснения. Двигатель с внешним подводом теплоты содержит цилиндр с поршнем, которые образуют рабочую камеру, средство подвода теплоты - нагреватель, средство отвода теплоты - холодильник и распределительный механизм. Распределительный механизм размещен в головке цилиндра и выполнен в виде золотникового вытеснителя. Золотниковый вытеснитель включает корпус с противоположно размещенными средствами подвода теплоты - нагревателем и отвода теплоты - холодильником, в котором установлен вращающийся цилиндрический золотник с выемкой на части боковой поверхности, формирующей вытеснительную полость. Вытеснительная полость связана с рабочей камерой кольцевым каналом. Градусная мера центрального угла окружности основания цилиндрического золотника, внутри которого расположена выемка, формирующая вытеснительную полость, меньше 180°. Глубина - определяющий радиальный размер вытеснительной полости меньше ее длины - определяющего продольного размера. Объем вытеснительной полости меньше объема рабочей камеры. Техническим результатом является упрощение конструкции и уменьшение массо-габаритных характеристик двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям объемного вытеснения, и может быть использовано для упрощения конструкции и снижения массо-габаритных характеристик в двигателях с внешним подводом теплоты.
Из уровня техники известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий цилиндр с поршнем, которые образуют рабочую камеру, источники подвода теплоты, регенераторы, холодильник и клапанный распределительный механизм (RU 2082895 C1, F02G 1/00, 1997). Однако наличие нескольких источников подвода теплоты, регенераторов и выполнение распределительного механизма в виде системы клапанов существенно усложняет конструкцию двигателя и обуславливает повышенные массогабаритные характеристики.
Известен также двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий цилиндр с поршнем, которые образуют рабочую камеру, камеру подвода теплоты и камеру отвода теплоты, которые снабжены средствами подвода и отвода теплоты, и клапанный распределительный механизм, обеспечивающий попеременное сообщение рабочей камеры с камерами подвода и отвода теплоты, который размещен в головке цилиндра (RU 2227223 C1, F02G 1/04, 2004). В данном двигателе камеры подвода теплоты и отвода теплоты выполнены в виде отдельных выносных емкостей, что не обеспечивает компактности конструкции.
Изобретение направлено на упрощение конструкции и уменьшение массогабаритных характеристик двигателя с внешним подводом теплоты.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в двигателе с внешним подводом теплоты, содержащем цилиндр с поршнем, которые образуют рабочую камеру, средство подвода теплоты - нагреватель и средство отвода теплоты - холодильник и распределительный механизм, согласно изобретению распределительный механизм размещен в головке цилиндра и выполнен в виде золотникового вытеснителя, включающего корпус с противоположно размещенными средствами подвода теплоты - нагревателем и отвода теплоты - холодильником, в котором установлен вращающийся цилиндрический золотник с выемкой на части боковой поверхности, формирующей вытеснительную полость, связанную с рабочей камерой кольцевым каналом.
Кроме того, градусная мера центрального угла окружности основания цилиндрического золотника, внутри которого расположена выемка, формирующая вытеснительную полость, меньше 180°, глубина - определяющий радиальный размер вытеснительной полости меньше ее длины - определяющего продольного размера, а объем вытеснительной полости меньше объема рабочей камеры.
Размещение золотникового распределителя с цилиндрическим золотником в головке цилиндра и наличие на боковой поверхности цилиндрического золотника вытеснительной полости, которая в сочетании с кольцевым каналом, сообщающим ее с рабочей камерой при вращении цилиндрического золотника, попеременно взаимодействует с размещенными на корпусе золотникового вытеснителя средствами подвода теплоты - нагревателем и отвода теплоты - холодильником и выполняет при этом одновременно как функции распределителя, так и функции камеры подвода теплоты (расширения) или камеры отвода теплоты (сжатия), существенно упрощает конструкцию и уменьшает массогабаритные характеристики двигателя с внешним подводом теплоты. При этом заявленные соотношения геометрических параметров направлены на обеспечение оптимизации и эффективности протекания тепловых процессов в двигателе.
На Фиг.1 представлен общий вид двигателя; на Фиг.2 - продольный разрез I-I на Фиг.1.
Двигатель содержит один или несколько цилиндров 1 с поршнем 2, которые образуют рабочую камеру 3, размещенный в головке 4 цилиндра распределительный механизм, который выполнен в виде золотникового вытеснителя, включающего корпус 5, снабженный противоположно размещенными средствами подвода теплоты - нагревателем 6 и отвода теплоты - холодильником 7, и вращающийся цилиндрический золотник 8 с выемкой 9 на части боковой поверхности, формирующей вытеснительную полость 10, постоянно связанную с рабочей камерой 3 кольцевым каналом 11, и привод 12, обеспечивающий синхронное вращение цилиндрического золотника 8.
При этом градусная мера дуги АВ окружности основания цилиндрического золотника 8 (окружности, которая является направляющей цилиндрической поверхности золотника 8), внутри которой расположена выемка 9, формирующая вытеснительную полость 10 (или градусная мера центрального угла АОВ окружности основания цилиндрического золотника 8, внутри которого расположена выемка 9, формирующая вытеснительную полость 10), меньше 180°, глубина - определяющий радиальный размер «а» вытеснительной полости 10 меньше ее определяющего поперечного размера «в» и меньше ее длины - определяющего продольного размера «с» (а<в; а<с), а объем вытеснительной полости 10 меньше объема рабочей камеры 3.
Двигатель с внешним подводом теплоты работает следующим образом.
При движении поршня 2 от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) вытеснительная полость 10 цилиндрического золотника 8 находится в зоне размещения средства отвода теплоты - холодильника 7. При этом происходит вытеснение газообразного рабочего тела из рабочей камеры 3 по кольцевому каналу 11 в вытеснительную полость 10 и сжатие рабочего тела с отводом теплоты (охлаждением) в вытеснительной полости 10 к холодному источнику, выполненному в виде средства отвода теплоты - холодильника 7. Вытеснительная полость 10 выполняет роль камеры отвода теплоты (сжатия).
При движении поршня 2 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) вытеснительная полость 10 цилиндрического золотника 8 находится в зоне размещения средства подвода теплоты - нагревателя 6. При этом происходит подвод теплоты к рабочему телу от горячего источника, выполненному в виде средства подвода теплоты - нагревателя 6, перемещение по кольцевому каналу 11 в рабочую камеру 3 и расширение рабочего тела в рабочей камере 3 с совершением работы. Вытеснительная полость 10 выполняет роль камеры подвода теплоты (расширения).
Синхронное перемещение вытеснительной полости 10 вращающегося цилиндрического золотника 8 при возвратно-поступательном движении поршня 2 в цилиндре 1 обеспечивает привод 12, связанный с коленчатым валом 13.
1. Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий цилиндр с поршнем, которые образуют рабочую камеру, средство подвода теплоты - нагреватель и средство отвода теплоты - холодильник, и распределительный механизм, отличающийся тем, что распределительный механизм размещен в головке цилиндра и выполнен в виде золотникового вытеснителя, включающего корпус с противоположно размещенными средствами подвода теплоты - нагревателем и отвода теплоты - холодильником, в котором установлен вращающийся цилиндрический золотник с выемкой на части боковой поверхности, формирующей вытеснительную полость, связанную с рабочей камерой кольцевым каналом.
2. Двигатель с внешним подводом теплоты по п.1, отличающийся тем, что градусная мера центрального угла окружности основания цилиндрического золотника, внутри которого расположена выемка, формирующая вытеснительную полость, меньше 180°, глубина - определяющий радиальный размер вытеснительной полости меньше ее длины - определяющего продольного размера, а объем вытеснительной полости меньше объема рабочей камеры.
