двигатель внешнего сгорания

Формула изобретения

Двигатель внешнего сгорания, содержащий корпус, нагреватель и холодильник, сообщенные с камерой, в которой размещены рабочий вал и ротор с уплотнителями, причем последняя включает горячую и холодную камеры, отличающийся тем, что двигатель снабжен накопителем и нагнетателем, последний подает из накопителя смазочно-охлаждающую жидкость в холодную камеру, нагреватель снабжен обратным клапаном, накопитель с одной стороны сообщен с нагревателем, а с другой стороны соединен с холодильником, в камере установлен кривошипный вал, ротор размещен в пазу рабочего вала, а в центре ротора установлена ось, конец которой входит в отверстие, выполненное в кривошипном валу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению.

Известен двигатель внешнего сгорания, содержащий корпус, нагреватель и холодильник.

Известен также двигатель внешнего сгорания с роторно-эпитрохоидальным механизмом Ванкеля, который можно принять за аналог (Э.Л.Мышинский и др. «Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания». Судостроение, Ленинград, 1976, стр.10). Применение такого механизма позволяет значительно снизить массу и объем двигателя Стирлинга по сравнению с конструкциями, где в качестве привода использованы кривошипно-шатунные или иные механизмы. Конструктивно двигатель включает в себя корпус, выполненный в виде цилиндрической эпитрохоиды и снабженный рубашкой охлаждения. Внутри корпуса совершает планетарное движение трехгранный ротор, установленный на эксцентриковом валу и выполняющий функции поршня. Ротор снабжен радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами и образует герметичные камеры (полости расширения), расположенные между поверхностью ротора и внутренней поверхностью корпуса. Вне корпуса двигателя размещены коллекторы, золотниковые клапаны, холодильник, регенераторы и нагреватель. Вершины ротора находятся в постоянном контакте с внутренней поверхностью корпуса, образуя отдельные седловидные камеры (горячая и холодная камеры). Эти камеры, перемещаясь по периметру рабочей поверхности корпуса при сложном вращательном движении ротора, периодически изменяют свой объем. Они изменяют его четыре раза за один оборот ротора. Благодаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу. Циклы рабочего процесса происходят одновременно во всех трех камерах, но со сдвигом на 120 градусов (Журнал "Катера и яхты", № 2, 1986).

Известен двигатель внешнего сгорания, содержащий корпус, нагреватель и холодильник, сообщенные с камерой, в которой размещены рабочий вал и ротор с уплотнителями, причем последняя включает горячую и холодную камеры (патент США № 4357800, МПК F 02 G 1/06, опубл.1982).

Данной конструкции присущ тот же недостаток, что и вышеуказанной конструкции: процесс охлаждения рабочего тела в холодильнике происходит не вполне эффективно. Между тем известно, что чем больше разница температур в смежных камерах (горячей и холодной), тем больше разница давлений в камерах и тем эффективнее работает двигатель.

Задача изобретения - повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения разницы температур в горячей и холодной камерах. Поставленная задача решена тем, что в двигателе внешнего сгорания, содержащем корпус, нагреватель и холодильник, сообщенные с камерой, в которой размещены рабочий вал и ротор с уплотнителями, причем последняя включает горячую и холодную камеры, двигатель снабжен накопителем и нагнетателем, последний подает из накопителя смазочно-охлаждающую жидкость в холодную камеру, нагреватель снабжен обратным клапаном, накопитель с одной стороны сообщен с нагревателем, а с другой стороны соединен с холодильником, в камере установлен кривошипный вал, ротор размещен в пазу рабочего вала, а в центре ротора установлена ось, конец которой входит в отверстие, выполненное в кривошипном валу.

На фиг.1 приведена конструкция двигателя. На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1. На фиг.3 приведена форма кривой, которая очерчивает внутреннюю поверхность рабочей камеры, и способ построения данной кривой.

Двигатель внешнего сгорания содержит: 1 - нагреватель, 2 - регенератор, 3 - холодильник, 4 - трубопровод, 5 - обратный клапан, 6 - накопитель, 7 - нагнетатель, 8 - форсунки, 9 - корпус, 10 - ротор, 11 - ось, 12 - кривошипный вал, 13 - рабочий вал, 14 - подшипники скольжения, 15 - уплотнитель. Позицией А обозначена горячая камера, позициями В, С - холодные камеры.

Двигатель внешнего сгорания работает следующим образом:

Нагретое рабочее тело из нагревателя 1 циклически по трубопроводам 4 поступает в горячую камеру А рабочей камеры. Давление в горячей камере повышается, и воздух в камере, расширившись, воздействует на поверхность ротора 10, поворачивая его вокруг своей оси. Ротор, размещенный в пазу D рабочего вала 13, скользит вдоль паза на подшипниках скольжения 14, поворачивает рабочий вал. Одновременно объем холодной камеры В уменьшается и вытесняет рабочее тело (воздух) из своей полости по трубопроводам в холодильник 3. При сжатии рабочего тела в холодной камере давление в ней преобладает над давлением в нагревателе, и остывшее в холодильнике рабочее тело по трубопроводам, пройдя накопитель 6 и обратный клапан 5, вновь поступает в нагреватель. Подача СОЖ осуществляется от горизонтального положения ротора до вертикального поворота ротора. На этом цикл завершается и повторяется в таком же порядке.

Для эффективного охлаждения рабочего тела в холодную камеру подается смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), которая находится в накопителе. СОЖ подается в камеру нагнетателем 7 через форсунку 8, образуя в камере жидкостно-воздушную смесь. Центробежной силой вращающегося ротора эта смесь вытесняется в холодильник и, охладившись, вновь стекает в накопитель.

Известно, что с возрастанием частоты вращения ротора, возрастает и центробежная сила, прижимающая ротор к стенкам рабочей камеры корпуса 9. Это может привести к ее износу. Чтобы избежать этого, в рабочей камере размещается кривошипный вал 12. При этом возвратно-поступательное движение ротора, расположенного в пазу рабочего вала, передается кривошипному валу через ось 11. В данном случае, это ось, расположенная в центре ротора и жестко связанная с ним. Другой конец оси входит в отверстие, выполненное в кривошипном валу. Таким образом, кривошипный вал принимает на себя нагрузки центробежных сил ротора. То есть, вершины ротора не оказывают давление на стенки рабочей камеры, что уменьшает ее механический износ. Для придания герметичности полостям горячей и холодной камер ротор снабжен уплотнителями 15.

Применение описанного выше способа передачи движения от ротора к кривошипному валу способствует тому, что внутренняя поверхность рабочей камеры очерчивается кривыми линиями, построение которых описывается специальными формулами, выраженными в полярных координатах. Так, кривая АС(СВ) (фиг.3) описывается формулой

а кривая ВЕ(ЕА) описывается формулой