RU2343300C2

RU2343300C2 - Engine with external heat input

Info

Publication number: RU2343300C2
Application number: RU2007103924/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Холзаков (RU); Сергей Алексеевич Холзаков
Original assignee: Сергей Алексеевич Холзаков
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2007103924A

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to volume displacement engines. Engine with external heat input includes cylinder with piston forming working chamber, heat input facility, i.e. heater, and heat sink facility, i.e. cooler and distributing mechanism. Distributing mechanism is located in cylinder head and may be implemented as spool-type displacer. The spool-type displacer includes housing with opposite to each other heat input, i.e. heater and heat sink, i.e. cooler. There is cylindrical rotary spool with grooved part of side surface, which forms displacing space. Displacing space is linked with working chamber by annular channel. The grade measure of the central angle in cylindrical spool base circle is less than 180°. The groove forming displacing space is situated inside cylindrical spool. The depth is a defining radial size of displacing space, which is less than its length defining longitudinal dimensions. The volume of displacing chamber is less than working chamber volume.

EFFECT: simplification of engine design and reduction of engine weight and dimensions.

2 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to the field of engine building, and in particular to volume displacement engines, and can be used to simplify the design and reduce weight and size characteristics in engines with external heat input.

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.An engine with an external supply of heat is known from the prior art, comprising a cylinder with a piston that form a working chamber, heat sources, regenerators, a refrigerator and a valve distribution mechanism (RU 2082895 C1, F02G 1/00, 1997). However, the presence of several sources of heat supply, regenerators and the implementation of the distribution mechanism in the form of a valve system significantly complicates the design of the engine and causes increased weight and size characteristics.

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.An engine with an external heat supply is also known, comprising a cylinder with a piston that form a working chamber, a heat supply chamber and a heat removal chamber, which are provided with means for supplying and removing heat, and a valve distribution mechanism providing alternate communication of the working chamber with heat supply and removal chambers , which is located in the cylinder head (RU 2227223 C1, F02G 1/04, 2004). In this engine, the heat supply and heat removal chambers are made in the form of separate remote tanks, which does not provide a compact design.

Изобретение направлено на упрощение конструкции и уменьшение массогабаритных характеристик двигателя с внешним подводом теплоты.The invention is aimed at simplifying the design and reducing the overall dimensions of the engine with an external supply of heat.

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.The solution to this problem is provided by the fact that in an engine with an external heat supply containing a cylinder with a piston that form a working chamber, heat supply means - a heater and heat removal means - a refrigerator and a distribution mechanism, according to the invention, the distribution mechanism is located in the cylinder head and is made in in the form of a spool displacer, including a housing with oppositely placed means for supplying heat - a heater and heat removal - a refrigerator in which the ysya valve spool with a recess portion on the side surface forming the cavity size exclusion associated with the working chamber of the annular channel.

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.In addition, the degree measure of the central angle of the circumference of the base of the cylindrical spool, inside which there is a recess that forms the displacing cavity, is less than 180 °, the depth determining the radial size of the displacing cavity is less than its length, which determines the longitudinal size, and the volume of the displacing cavity is less than the volume of the working chamber.

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.Placement of a spool valve with a cylindrical spool in the cylinder head and the presence of a displacement cavity on the side surface of the cylindrical spool, which, in combination with the annular channel communicating with the working chamber during rotation of the spool valve, alternately interacts with heat supply means placed on the spool valve body - a heater and heat removal - with a refrigerator and at the same time performs both the functions of the distributor and the functions of the heat supply chamber s (expansion) or heat removal (compression) chamber, significantly simplifies the design and reduces the overall dimensions of the engine with external heat input. At the same time, the declared ratios of geometric parameters are aimed at ensuring optimization and efficiency of thermal processes in the engine.

На Фиг.1 представлен общий вид двигателя; на Фиг.2 - продольный разрез I-I на Фиг.1.Figure 1 presents a General view of the engine; figure 2 is a longitudinal section I-I in figure 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.The engine contains one or more cylinders 1 with a piston 2, which form a working chamber 3, a distribution mechanism located in the cylinder head 4, which is made in the form of a spool displacer, including a housing 5, equipped with oppositely placed means for supplying heat - heater 6 and heat removal - refrigerator 7, and a rotating cylindrical spool 8 with a recess 9 on a part of the side surface forming the displacement cavity 10, which is constantly connected with the working chamber 3 by the annular channel 11, and the drive 12, printing synchronous rotation of a cylindrical spool 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.In this case, the degree measure of the arc AB of the circumference of the base of the cylindrical spool 8 (the circumference, which is the guide of the cylindrical surface of the spool 8), inside which there is a recess 9, forming a displacement cavity 10 (or the degree measure of the central angle AOW of the circumference of the base of the spool 8, inside which the recess 9, forming the displacing cavity 10), less than 180 °, the depth - determining the radial size "a" of the displacing cavity 10 is less than its defining transverse dimension "b" and thinner than its length — the defining longitudinal dimension “c” (a <b; a <c), and the volume of the displacing cavity 10 is less than the volume of the working chamber 3.

Двигатель с внешним подводом теплоты работает следующим образом.An engine with an external supply of heat operates as follows.

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).When the piston 2 moves from the bottom dead center (BDC) to the top dead center (TDC), the displacement cavity 10 of the cylindrical spool 8 is located in the zone of placement of the heat removal means — the refrigerator 7. This displaces the gaseous working fluid from the working chamber 3 through the annular channel 11 into the displacing cavity 10 and compressing the working fluid with heat removal (cooling) in the displacing cavity 10 to a cold source, made in the form of heat removal means - a refrigerator 7. The displacing cavity 10 acts as a chamber heat removal (compression).

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).When the piston 2 moves from the top dead center (TDC) to the bottom dead center (BDC), the displacement cavity 10 of the cylindrical spool 8 is located in the area of the heat supply means — the heater 6. In this case, the heat is supplied to the working medium from a hot source, made in the form means for supplying heat - heater 6, moving along the annular channel 11 into the working chamber 3 and the expansion of the working fluid in the working chamber 3 with the completion of work. The displacement cavity 10 acts as a heat supply (expansion) chamber.

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.Synchronous movement of the displacing cavity 10 of the rotating cylindrical spool 8 with the reciprocating movement of the piston 2 in the cylinder 1 provides the drive 12, associated with the crankshaft 13.

Claims

1. An engine with an external supply of heat, comprising a cylinder with a piston that form a working chamber, means for supplying heat - a heater and means for removing heat - a refrigerator, and a distribution mechanism, characterized in that the distribution mechanism is located in the cylinder head and is made in the form of a spool displacer including a housing with oppositely placed means of heat input - a heater and heat removal - a refrigerator in which a rotating cylindrical spool is installed with a recess in the side surface forming a displacement cavity associated with the working chamber by an annular channel.

2. An engine with an external supply of heat according to claim 1, characterized in that the degree measure of the central angle of the circumference of the base of the cylindrical spool, inside which there is a recess that forms the displacing cavity, is less than 180 °, the depth - determining the radial size of the displacing cavity is less than its length - determining longitudinal size, and the volume of the displacing cavity is less than the volume of the working chamber.