Двигатель стирлинга для рекуперативного привода

 

Использование: двигателестроение, устройства силового агрегата автомобилей, силовые установки и двигатели с замкнутым циклом. Сущность изобретения: двигатель содержит рабочие цилиндры 1, которые размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями 4 к центру, нагреватель 2 выполнен общим для всех цилиндров и расположен в центре между горячими полостями. Блок выполнен вращающимся и установлен на валу 28 отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопел 15 реактивной гидротурбины, прикрепленных к блоку. Поршни 3 и 12 установлены на общем штоке 11, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя 10, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца 9, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к устройству силовых агрегатов автомобилей.

Известна силовая установка преимущественно для транспортных машин, содержащая поршневой двигатель с внешним подводом теплоты, размещенным в цилиндре рабочим поршнем, отделяющим подпоршневую и надпоршневую камеры, и поршнем-вытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщаемые через нагреватель, регенератор и охладитель, а также обратимую расширительную машину объемного типа, связанную с подпоршневой камерой при помощи газовых магистралей.

Недостатками указанной силовой установки являются большая масса на единицу мощности, а также значительная сложность.

Целью изобретения является снижение удельной массы и упрощение рабочей схемы.

Указанная цель достигается за счет того, что в двигателе Стирлинга для рекуперативного привода автомобиля, содержащем рабочие цилиндры, каждый из которых при помощи поршня-вытеснителя разделен на горячую и холодную полости, связанные между собой через нагреватель, регенератор и холодильник, и снабжен установленным в нем поршнем гидронасоса, подпоршневая полость которого сообщена с холодной полостью рабочего цилиндра, а надпоршневая полость выполнена в виде полости нагнетания, связана через впускной обратный клапан и систему каналов со сливным баком турбожидкости и подключена к механизму преобразования энергии вытеснения жидкости в энергию вращения вала отбора мощности, цилиндры размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями к центру, нагреватель выполнен общим для всех цилиндров и установлен в центре между горячими полостями, блок выполнен вращающимся и установлен на валу отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопел реактивной гидротурбины, прикрепленной к блоку, при этом оба поршня каждого цилиндра установлены на общем штоке, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса.

Холодильники могут быть выполнены газожидкостными, а каждый из них включенным по жидкостной стороне в систему каналов, связывающих надпоршневую полость нагнетания со сливным баком турбожидкости через обратный клапан.

На фиг. 1 изображена гидрокинематическая схема двигателя Стирлинга; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема рекуперативного привода автомобиля, оснащенного указанным двигателем.

Двигатель Стирлинга для рекуперативного привода содержит установленный с возможностью вращения блок цилиндров 1 и общий нагреватель 2, размещенный концентрично блоку цилиндров 1. Поршни 3 расположены радиально и разделяют рабочие цилиндры на горячую 4 и холодную 5 полости, причем горячая полость 4 первого цилиндра согласно схеме двойного действия соединена посредством циркуляционной системы генератор 6 - холодильник 7 с холодной полостью 5 второго цилиндра и т.д. В общем нагревателе 2 смонтированы нагревательные трубки 8, которые сообщаются с горячими полостями 4 цилиндров двигателя и регенераторами 6. Система тактообразования состоит из профильного кольца 9 с эксцентричной рабочей поверхностью, сопряженной с толкателями 10, закрепленными на штоках 11.

На тех же штоках в паре с поршнями 3 установлены поршни 12 гидронасоса, полости нагнетания 13 которого соединены каналами 14 с тангенциальными соплами 15 реактивной гидротурбины. Полости 13 гидронасоса сообщаются также через систему обратных клапанов 16 с неподвижным сливным баком 17, заполненным турбожидкостью 18, которая поступает в него после отброса из сопел 15 на кожух 19. Турбожидкость 18 циркулирует по радиальным каналам 20.

На фиг. 2 показаны блок цилиндров 1 и профильное кольцо 9, которые смонтированы в радиальных опорах 21 и кинематически связаны между собой посредством планетарной передачи, включающей периферийный зубчатый венец внутреннего зацепления 22, сателлиты 23 и неподвижное центральное колесо 24. Толкатель 10 закреплен на штоке 11 и сопрягается с эксцентричной двухсторонней рабочей поверхностью 25 профильного кольца 9. Подпоршневая полость 26 гидронасоса выполнена в виде компрессора, который соединен при помощи обратного клапана 27 с холодной полостью 5 цилиндра двигателя. Кроме того, на фиг.2 изображены полый выходной вал 28, жестко связанный с блоком цилиндров 1, топливная форсунка 29, а также система подвода воздуха и выхлопа.

Рекуперативный привод автомобиля содержит двигатель Стирлинга 30, бесступенчатую коробку передач 31 и ведущую ось 32.

Двигатель Стирлинга работает следующим образом.

Запуск осуществляется от стартера путем раскручивания блока цилиндров 1 и кинематически связанного с ним посредством венца 22, сателлитов 23 и неподвижного центрального колеса 24 профильного кольца 9 до заданной угловой скорости. Одновременно производится впрыск топлива в общий нагреватель 2 через форсунку 29 и его сжигание. Вследствие разности угловых скоростей вращения блока цилиндров 1 и профильного кольца 9 сопряженные с эксцентричной рабочей поверхностью 25 посредством толкателя 10 поршни 3 начинают совершать тактовые перемещения, соответствующие циклу двойного действия, перегоняя газообразное рабочее тело из горячей полости 4 по нагревательным трубкам 8, смонтированным в нагревателе 2, через систему регенератор 6 - холодильник 7 в холодную полость 5 и обратно. При этом поршни 12 гидронасоса, установленные на штоках 11 попарно с поршнями 3, также совершают возвратно-поступательные перемещения, вследствие чего турбожидкость 18, поступая под действием центробежной силы из сливного бака 17, по радиальным каналам 20 через обратные клапаны 16 периодически заполняет полости нагнетания 13, а затем при рабочем ходе поршней 3 выбрасывается под давлением через тангенциальные сопла 15 реактивной гидротурбины, что и создает необходимый крутящий момент на выходном валу 28. Частота тактообразования будет составлять 20-30% частоты вращения выходного вала 28, что дает возможность использовать в качестве газообразного рабочего тела воздух.

Таким образом, двигатель Стирлинга для рекуперативного привода по существу представляет собой мотор-маховик, мощность которого может быть сведена к фиксированному минимуму. Его применение позволит также в 3-4 раза увеличить массу инерционного накопителя, что приведет к примерно двукратному снижению частоты вращения последнего при той же энергоемкости.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА ДЛЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ПРИВОДА транспортного средства, например, автомобиля, содержащий рабочие цилиндры, каждый из которых при помощи поршня-вытеснителя разделен на горячую и холодную полости, связанные между собой через нагреватель, регенератор и холодильник, и снабжен установленным в нем поршнем гидронасоса, подпоршневая полость которого сообщена с холодной полостью рабочего цилиндра, а надпоршневая полость выполнена в виде полости нагнетания и связана через впускной обратный клапан и систему каналов со сливным баком трубожидкости и подключена к механизму преобразования энергии вытеснения жидкости в энергию вращения вала отбора мощности, причем поршни связаны с механизмом тактообразования, отличающийся тем, что, с целью снижения удельной массы и упрощения рабочей схемы, цилиндры размещены в общем блоке радиально и обращены горячими полостями к центру, нагреватель выполнен общим для всех цилиндров и расположен в центре между горячими полостями, блок выполнен вращающимся и установлен на валу отбора мощности, а механизм преобразования энергии вытеснения жидкости во вращение вала выполнен в виде тангенциальных сопл реактивной гидротурбины, прикрепленных к блоку, причем оба поршня каждого цилиндра установлены на общем штоке, а механизм тактообразования выполнен в виде толкателя, соединенного с общим штоком и сопряженного с рабочей поверхностью профильного кольца, установленного с возможностью вращения и связанного с блоком через планетарную передачу в виде периферийного зубчатого венца внутреннего зацепления, сателлитов и неподвижного центрального колеса.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что холодильники выполнены газожидкостными и каждый из них включен по жидкостной стороне в систему каналов, связывающих надпоршневую полость нагнетания со сливным баком турбожидкости через обратный клапан.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3