MD4437C1 - Motor cu ardere externă (variante) - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la construcţia de maşini, şi anume la motoare cu ardere externă cu circuit deschis, care pot fi utilizate în elaborarea instalaţiilor termice de forţă cu utilizarea aerului atmosferic în calitate de agent de lucru.Motorul cu ardere externă, conform primei variante, conţine doi cilindri (1, 3), executaţi cu diferite volume de lucru şi montaţi pe un arbore cotit (5). Cilindrii (1, 3) sunt uniţi cu un încălzitor (11) prin două supape de lucru (8, 9). Cilindrul mic (3) este dotat cu o supapă de admisiune (7), iar cilindrul mare (1) - cu o supapă de evacuare (10) a aerului atmosferic. Cilindrii (1, 3), supapele de lucru (8, 9) şi încălzitorul (11) sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.Conform variantei a doua, cilindrii sunt uniţi cu al doilea încălzitor prin două supape de lucru.

Description

Invenţia se referă la construcţia de maşini, şi anume la motoare cu ardere externă cu circuit deschis, care pot fi utilizate în elaborarea instalaţiilor termice de forţă cu utilizarea aerului atmosferic în calitate de agent de lucru.

Se cunoaşte un motor cu ardere externă, care conţine doi cilindri, executaţi cu diferite volume de lucru şi montaţi pe un arbore, astfel încât camera cilindrului mic este unită cu camera cilindrului mare printr-un încălzitor şi un răcitor, totodată camera de expansiune a cilindrului mic este unită printr-un canal cu camera de refulare (de compresiune) a cilindrului mare [1].

Dezavantajele acestui motor constau în faptul că este complicat în construcţie şi rentabilitatea economică este mică, deoarece pentru funcţionarea răcitorului sunt necesare cheltuieli neproductive de energie.

Se cunoaşte, de asemenea, un motor cu ardere externă, care funcţionează preponderent pe baza ciclului Stirling, cu agentul de lucru aflat sub suprapresiune, fiind alcătuit cel puţin dintr-un cilindru, un piston de lucru şi unul de refulare, care împarte volumul de lucru al cilindrului în două camere: fierbinte şi rece, unite între ele printr-un încălzitor, un schimbător de căldură şi un răcitor [2].

Motorul cunoscut este complicat în construcţie şi, cu cât este necesară o putere mai mare la motor, cu atât gabaritele răcitorului sunt mai mari şi, respectiv, greutatea motorului se măreşte.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia este simplificarea construcţiei motorului, majorarea puterii specifice şi rentabilităţii economice, economisirea energiei, micşorarea greutăţii, precum şi micşorarea timpului de răcire şi egalare a presiunii.

Motorul cu ardere externă, conform primei variante, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine doi cilindri, executaţi cu diferite volume de lucru şi montaţi pe un arbore cotit, care este unit cu un volant şi prin biele cu pistoanele cilindrilor. Cilindrii sunt uniţi cu un încălzitor prin două supape de lucru. Cilindrul mic este dotat cu o supapă de admisiune, iar cilindrul mare - cu o supapă de evacuare a aerului atmosferic. Cilindrii, supapele de lucru şi încălzitorul sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.

Conform variantei a doua a motorului cu ardere externă, cilindrii sunt uniţi cu al doilea încălzitor prin două supape de lucru. Cilindrii, supapele de lucru şi încălzitoarele sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.

Particularităţile invenţiei permit realizarea unui ciclu deschis de lucru, deoarece supapa de admisiune a cilindrului mic şi supapa de evacuare a cilindrului mare unesc camerele lor de lucru cu atmosfera, adică folosesc aerul în calitate de agent de lucru, ca un produs inepuizabil, luându-l din atmosferă, încălzindu-l, asigurând producerea lucrului util şi evacuându-l în atmosferă fără a-l răci. Datorită acestui fapt are loc simplificarea construcţiei şi reducerea consumului neproductiv de energie pentru răcirea şi comprimarea agentului de lucru.

Proprietatea încălzitorului de a forma un volum închis împreună cu supapele cilindrilor permite realizarea procesului izocor de încălzire a agentului de lucru (a aerului) şi astfel majorarea potenţialului energetic (presiunii), mărind puterea specifică a motorului din contul micşorării timpului de răcire şi egalării presiunii prin evacuarea aerului fierbinte în atmosferă, şi aspirând un aer proaspăt din atmosferă.

Instalarea încălzitorului adăugător asigură majorarea duratei încălzirii izocore a agentului de lucru (a aerului), majorând astfel, în mod esenţial, potenţialul energetic (presiunea) şi, în mod corespunzător, puterea specifică a motorului. Acest lucru devine posibil datorită faptului că aerul încălzit sub presiune înaltă este transportat în cilindrul mare, mişcându-se succesiv prin fiecare încălzitor, peste un ciclu de lucru.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-4, care reprezintă:

- fig. 1, prima variantă a motorului cu ardere externă, vederea generală în axonometrie;

- fig. 2, ciclul de lucru conform primei variante;

- fig. 3, a doua variantă a motorului cu ardere externă, vederea generală în axonometrie;

- fig. 4, ciclul de lucru conform celei de-a doua variante.

Motorul cu ardere externă, conform primei variante (fig. 1), conţine cilindrul mare 1 cu suprafaţa secţiunii transversale S1 şi cilindrul mic 3 cu suprafaţa secţiunii transversale S2<S1, montaţi pe arborele cotit 5, care este unit cu volantul 6 şi prin biele cu pistoanele 2 şi 4 ale cilindrilor 1 şi 3, astfel încât pistoanele 2 şi 4 efectuează mişcări rectilinii alternative în antifază. Totodată, în partea superioară a ambilor cilindri 1 şi 3 sunt instalate supapa de admisiune 7 a aerului atmosferic, supapele de lucru 8 şi 9 şi de evacuare 10 a aerului. Supapa 7 a cilindrului 3 şi supapa 10 a cilindrului 1 unesc cilindrii respectivi cu aerul din atmosferă, iar supapa 9 a cilindrului 3 prin intermediul încălzitorului 11, volumul căruia este egal cu volumul cilindrului 3 (V=S2·H, unde H este cursa de lucru), este unită cu supapa 8 a cilindrului 1. Ambele pistoane 2 şi 4 au aceeaşi cursă de lucru H. Cilindrii 1 şi 3, supapele 8 şi 9 şi încălzitorul 11 sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis. Conform variantei a doua, cilindrii 1 şi 3 sunt uniţi cu încălzitorul 12 prin supapele de lucru 13 şi 14. Construcţia şi tipul de energie, utilizat pentru funcţionarea încălzitoarelor 11 şi 12, nu au importanţă principială pentru realizarea motorului propus. Cilindrii 1 şi 3, supapele 8, 9, 13 şi 14 şi încălzitoarele 11 şi 12 sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.

Motorul cu ardere externă funcţionează în modul următor.

Pornirea motorului, conform ambelor variante, se efectuează cu ajutorul unei acţiuni externe de putere, de exemplu, starter (în fig. 2 sau 4 nu este arătat), mişcând pe o perioadă scurtă de timp arborele cotit 5 în direcţia indicată de săgeata de pe volantul 6 (fig. 2a). Conform primei variante, pistonul 2 al cilindrului 1, deplasându-se în sus, împinge aerul din spaţiul interior al cilindrului 1 prin supapa 10 deschisă în atmosferă. Concomitent, pistonul 4 al cilindrului 3, deplasându-se în jos, aspiră aerul din atmosferă în spaţiul interior al cilindrului 3 prin supapa 7 deschisă. În acest mod, pistoanele 2 şi 4 se deplasează până ating, corespunzător, punctul mort superior şi punctul mort inferior (fig. 2b). În decursul mişcării descrise a pistoanelor 2 şi 4 aerul din interiorul încălzitorului 11 în spaţiul închis, limitat de supapele 8 şi 9 închise, se încălzeşte. Presiunea în încălzitorul 11 se măreşte proporţional cu gradul de încălzire a aerului. În momentul, în care pistoanele 2 şi 4 ocupă în cilindrii 1 şi 3 o poziţie, în mod corespunzător, apropiată de punctul mort superior şi cel inferior, supapele 7 şi 10 se închid, iar supapele 8 şi 9 se deschid (fig. 2c). Aerul încălzit din încălzitorul 11 intră sub presiune înaltă prin supapele 8 şi 9 deschise în ambii cilindri 1 şi 3. Presiunea în cilindrii 1 şi 3 se măreşte brusc. Asupra fiecărui piston 2 şi 4 începe să acţioneze o forţă proporţională cu suprafeţele secţiunilor transversale S1 şi S2 ale cilindrilor 2 şi 4. Deoarece S1 este mai mare decât S2 (S1>S2), pistonul 2 al cilindrului 1 începe să se deplaseze în jos, iar pistonul 4 al cilindrului 3 - în sus, împingând aerul încălzit în încălzitorul 11 prin supapa 9 deschisă, şi în cilindrul 1 prin supapa 8 deschisă. Acest tip de mişcare are loc până la momentul în care pistoanele 2 şi 4 ating, corespunzător, punctul mort inferior şi punctul mort superior (fig. 2d). Împingerea aerului utilizat din cilindrul 1 şi absorbţia unei noi porţii de aer în cilindrul 3 are loc datorită energiei acumulate de volantul 6 şi comutării supapelor 7, 8, 9 şi 10 conform figurii 2a. În continuare ciclul de funcţionare a motorului se repetă.

În scopul majorării duratei de încălzire a aerului la furnizarea lui în cilindrul 1, este propusă a doua variantă a motorului cu ardere externă (fig. 3).

În comparaţie cu prima variantă, în varianta a doua este instalat suplimentar încălzitorul 12 (fig. 3), unit cu cilindrii 1 şi 3 prin supapele de lucru 13 şi 14, amplasate în mod corespunzător pe aceştia, care direcţionează fluxul de aer de la încălzitorul 12 către cilindrii 1 şi 3.

Modul de funcţionare a motorului conform celei de-a doua variante este prezentat în două etape. La prima etapă motorul funcţionează ca şi în prima variantă a motorului, folosind încălzitorul 12 (fig. 4a-4d): în distribuţia de aer participă supapele 7, 10, 13 şi 14, iar supapele 8 şi 9 rămân închise. La etapa a doua, interacţiunea tuturor elementelor motorului rămâne neschimbată, doar că supapele 13 şi 14 rămân închise, iar supapele 7, 8, 9 şi 10 sunt folosite pentru distribuţia fluxului de aer (fig. 4e-4h). În acest mod, la una şi aceeaşi turaţie a arborelui cotit 5, durata de încălzire a aerului în fiecare încălzitor 11 şi 12 se măreşte de două ori, comparativ cu prima variantă a motorului. Din această cauză devine posibilă majorarea temperaturii aerului înainte de aducerea lui în cilindrul 1 până la valori mult mai înalte, comparativ cu prima variantă a motorului, astfel are loc majorarea potenţialului energetic al agentului de lucru (aer) şi, în mod corespunzător, majorarea puterii motorului.

Algoritmul propus de funcţionare a motorului poate fi realizat folosind pistoane sau rotoare, dar în acest caz se măreşte dificultatea confecţionării şi exploatării, ceea ce contrazice scopul acestei invenţii.

1. RU 2255235 C1 2005.06.27

2. Автомобильные двигатели. Под. ред. М. С. Ховаха. Москва: Машиностроение, 1977, p. 559

Claims (2)

1. Motor cu ardere externă, care conţine doi cilindri (1, 3), executaţi cu diferite volume de lucru şi montaţi pe un arbore cotit (5), care este unit cu un volant (6) şi prin biele cu pistoanele (2, 4) cilindrilor (1, 3), totodată cilindrii (1, 3) sunt uniţi cu un încălzitor (11) prin două supape de lucru (8, 9); cilindrul mic (3) este dotat cu o supapă de admisiune (7), iar cilindrul mare (1) - cu o supapă de evacuare (10) a aerului atmosferic; cilindrii (1, 3), supapele de lucru (8, 9) şi încălzitorul (11) sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.

2. Motor cu ardere externă, care conţine doi cilindri (1, 3), executaţi cu diferite volume de lucru şi montaţi pe un arbore cotit (5), care este unit cu un volant (6) şi prin biele cu pistoanele (2, 4) cilindrilor (1, 3), totodată cilindrii (1, 3) sunt uniţi cu primul încălzitor (11) prin două supape de lucru (8, 9) şi cu al doilea încălzitor (12) prin două supape de lucru (13, 14); cilindrul mic (3) este dotat cu o supapă de admisiune (7), iar cilindrul mare (1) - cu o supapă de evacuare (10) a aerului atmosferic; cilindrii (1, 3), supapele de lucru (8, 9, 13, 14) şi încălzitoarele (11, 12) sunt uniţi între ei cu posibilitatea formării unui volum închis.