RU35844U1 - Комбинированный двигатель - Google Patents

Description

2003131773

Комбинированный двигатель

liiiipfr

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для более полного использования энергии топлива, сжигаемого в поршневых ДВС.

Известны комбинированные двигатели, состоящие из поршневого ДВС и двигателя с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.

Комбинированный тепловой двигатель (Лев Ю.Е., Юнда Ю.Д. Эксендер // Исследование поршневых двигателей. - Ангарск: Изд-во. ИЛИ, 1971. - С. 7-10.), состоит из ДВС и присоединенного к нему двигателя Стирлинга, утилизируюш;его теплоту отработавших газов ДВС. В таком комбинированном двигателе отработавшие газы ДВС нагревают головку двигателя Стирлинга, который вырабатывает дополнительную механическую энергию, передаваем)ю с помошью редуктора на коленчатый вал ДВС.

Недостатками этого двигателя являются:

1. Высокая стоимость вследствие необходимости применения дорогостояших высоколегированных сплавов для изготовления деталей и узлов двигателя Стирлинга, подвергаюш;ихся постоянному воздействию

F 02 G 5 / 02

высокого давления во внутренней полости и высокой температуры в теплообменниках.

2.Увеличенные размеры системы охлаждения, так как двигатель Стирлинга является системой закрытого типа и вся теплота, которую необходимо отводить от рабочего тела отводиться только через систему охлаждения, В результате охлаждающая поверхность радиатора должна быть в 2-2,5 раза больше, чем в поршневом ДВС.

3.Необходимость использования в качестве рабочего тела двигателя Стирлинга гелия или водорода для получения высокого КПД.

Известен также комбинированный двигатель, содержапщй поршневой ДВС и поршневой паровой утилизационный двигатель с внутренним парообразованием (Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф., Разнопшнская А.В. и др. Комбинированный двигатель: Патент на полезную модель RU №31611 U1). В таком утилизационном двигателе горячие отработавшие газы ДВС попадают внутрь цилиндра. Затем газы сжимаются, их температура cyni;eственно повышается. При приближении поршня к верхней мертвой точке через форсунку в цилиндр впрыскивается вода. Происходит интенсивное парообразование. Пар перегревается и расширяется, производя работу. Вырабатываемая дополнительная механическая энергия, передается с помощью редуктора и гидромуфты на коленчатый вал ДВС.

1.Сложность системы передачи энергии, вырабатываемой утилизационным двигателем, на коленчатый вал ДВС.

2.Большие массогабаритные показатели утилизационного двигателя, системы передачи энергии, вырабатываемой утилизационным двигателем, на коленчатый вал ДВС, а значит и комбинированного двигателя в целом.

3.Относительно низкий ЮТД, обусловленный потерями на механическое трение в кривошипно-шатунном механизме утилизационного двигателя и в системе передачи энергии, вырабатываемой утилизационным двигателем, на коленчатый вал ДВС.

Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.

Задачей предложения является упрощение конструкции, снижение массогабаритных показателей и КПД комбинированного двигателя.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в комбинированном двигателе, содержащем порщневой ДВС и двигатель, утилизирующий теплоту отработавших газов ДВС, последний представляет собой термоэлектрогенератор, включающий: свободнопоршневой паровой двигатель, работающий по двухтактному циклу и содержащий цилиндр с впускным и выпускным окнами, обеспечивающими периодическую смену рабочего тела. В цилиндре размещены поршень-якорь и форсунка,

через которую производится впрыскивание воды из бака во внутрицилиндровое пространство. На наружной части цилиндра расположена электрическая обмотка для выработки электрической энергии.

Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.

Предложение поясняется рисунком (фиг. 1), где изображено принципиальное устройство комбинированного двигателя.

Предлагаемый комбинированный двигатель содержит: поршневой две 1 с выпускным коллектором 2, тепловым аккумулятором 3 и термоэлектрогенератор 4 для утилизации теплоты отработавших газов две 1. Термоэлектрогенератор 4 содержит: свободнопоршневой паровой двигатель 5, работающий по двухтактному циклу и содержаш;ий цилиндр 6, с впускным 7 и выпускным 8 окнами, обеспечивающими периодическую смену рабочего тела. В цилиндре 6 размещены поршень-якорь 10 и форсунка 11, через которую производится впрыскивание в цилиндр 6 воды из бака 12 по трубопроводу 13. Под поршнем-якорем 6 имеется буферная полость 14, заполненная воздухом. На верхней части цилиндра 6 расположена электрическая обмотка 15 для выработки электрической энергии.

образом. Когда поршень-якорь 10 свободнопоршневого парового термоэлектрогенератора 4 приближается к нижней мертвой точке через впускное окно 7 в цилиндр 6 поступают отработавшие газы ДВС 1, прошедшие через выпускной коллектор 2 и тепловой аккзп улятор 3, которые продувают цилиндр 6, очиш;ая его от отработавшего рабочего тела, выходяп ;его из цилиндра 6 через выпускное окно 8 и заполняют надпоршневое пространство свежим зарядом.

При перемещении поршня-якоря 10 его боковыми стенками перекрываются впускное окно 7 и выпускное окно 8 и происходит сжатие поступивших в цилиндр 6 отработавших газов ДВС 1. При подходе поршня-якоря 10 к верхней мертвой точке через форсунку 11 происходит впрыскивание воды, поступающей из бака 12 по трубопроводу 13. Под воздействием высокой температуры сжатых отработавших газов ДВС происходит интенсивное парообразование. Пар расширяется, производя работу. Как только верхняя кромка (днище) поршня-якоря 10 начнет открывать выпускное окно 8 и впускное окно 7 расширяющийся пар начнет выходить из цилиндра 6 через выпускное окно 8 в атмосферу, а через впускное окно 7 отработавшие газы ДВС 1 через выпускной коллектор 2 и тепловой аккумулятор 3 начнут поступать в цилиндр 6 и производить его очистку от отработавшего рабочего тела, заполняя надпоршневое пространство свежим зарядом. Тепловой аккумулятор 3 необходим для того, чтобы сглаживать колебания температуры отработавших газов две 1 при его работе на переменных режимах и тем самым повышать эффективность термоэлектрогенератора 4

Одновременно с описанными процессами при перемещении поршня-якоря 10 вниз происходит сжатие воздуха в буферной полости 14. После достижения поршнем-якорем 10 нижней мертвой точки сильно сжатый воздух заставит поршень-якорь 10 перемеш;аться вверх и рабочий цикл повторяется.

В процессе совершения описанного рабочего цикла в цилиндре 6 поршень-якорь 10 перемещается внутри обмотки 15 и возбуждает в ней ЭДС, действуя по принципу линейного генератора.

Выработанная электроэнергия может быть использована для привода агрегатов ДВС 1 (вентилятора системы охлаждения, жидкостного насоса и насоса смазочной системы и т. п.), позволяет исключить затраты на привод штатного генератора, имеющегося на ДВС 1. Все это позволяет разгрузить ДВС 1 от затрат энергии на привод агрегатов и, тем самым, увеличить мощность, снимаемую с коленчатого вала ДВС 1.

По сравнению с прототипом предлагаемый комбинированный двигатель в связи с отсутствием кривошипно-шатунного механизма в утилизационном двигателе и системы передачи энергии, вырабатываемой утилизационным двигателем, на коленчатый вал ДВС:

1.Проще по конструкции

2.Имеет меньшие инерционные нагрузки на поршень, и массогабаритные показатели в связи с отсутствием кривошипно-шатунного механизма.

3.Позволяет обеспечить более высокий КПД.

Claims (1)

1. Комбинированный двигатель, содержащий поршневой ДВС и соединенный с ним через выпускной коллектор и тепловой аккумулятор утилизационный двигатель, работающий по двухтактному циклу и содержащий цилиндр с впускным и выпускным окнами, обеспечивающими периодическую смену рабочего тела, со сжатием отработавших газов ДВС, впрыскиванием в них воды и последующим расширением пара в надпоршневом пространстве, отличающийся тем, что поршень утилизационного двигателя является якорем, а на наружной части цилиндра расположена электрическая обмотка для выработки электрической энергии, в результате чего утилизационный двигатель представляет собой термоэлектрогенератор, не связанный механически с поршневым ДВС.