КОМБИНИРОВАННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу на разных режимах работы силовой установки.
Известны силовые установки с разделенными процессами сжатия и расширения.
Известен двигатель с разделенными процессами сжатия и расширения (Сухов А. Выхлоп чище воздуха // За рулем. - 2001. №4.), который содержит два цилиндра разного диаметра с клапанами. Эти цилиндры расположены V-образно и соединены каналами со сферической камерой, находящейся между ними и имеющей впускной и выпускной клапаны. Когда поршень в малом цилиндре движется вниз, в надпоршневое пространство засасывая наружный воздух. Затем, при движении вверх, поршень сжимает воздух (впускной клапан цилиндра закрыт, впускной клапан сферической камеры открыт, выпускной-закрыт). В конце такта сжатия давление поднимается до 20 бар. Впускной клапан сферической камеры закрывается, а в камеру подается топливо и сжатый воздух из ресивера. Затем, выпускной клапан сферической
камеры открывается, и продукты сгорания направляются в большой цилиндр, где происходит расширение. После расширения открывается выпускной клапан большого цилиндра, и отработавшие газы выходят в атмосферу.
Недостатками описанной конструкции являются:
1. Невозможность полного расширения (до атмосферного давления) продуктов сгорания в большом цилиндре, так как поршни и большого и малого цилиндра с помощью шатунов соединены с общим кривошипом.
2. Невозможность пополнения сжатым воздухом ресивера в процессе работы двигателя.
Известна также силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (Кукис B.C., Попов Ю.Л. и др. силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения: Патент на полезную модель. RU 52938., F02G 5/02. Опубл. 27.04.06. Бюл. №12), включающая компрессор, расширительную машину, снабженную впускным, выпускным клапанами и форсункой, ресивер и топливный бак, а также двигатель Стирлинга, работающий за счет теплоты отработавших газов расширительной машины и приводящий в действие компрессор, причем нагреватель двигателя Стирлинга оборудован полостью для прохода отработавших газов.
Недостатками этого двигателя является:
1. Затрудненный пуск, так как работа его не возможна без работы двигателя Стирлинга;
2. Низкое среднее эффективное давление, что приводит к снижению крутящего момента особенно на переменных режимах работы силовой установки.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу на разных режимах работы силовой установки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой комбинированной силовой установке процесс сжатия воздуха осуществляется в компрессоре высокого давления с последующим накоплением его в ресивере, привод компрессора от двигателя Стирлинга (Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. - М.: Мир, 1986. - 464 с.), который работает за счет теплоты отработавших газов, выбрасываемых из поршневой расширительной машины работающей по четырех тактному циклу. Момент воспламенения, дозирование топлива и сжатого воздуха в цилиндре расширительной машины осуществляется блоком управления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давления воздуха в ресивере,
температуры расширительной машины и положения органа управления, что позволяет осуществлять пуск двигателя на накопленном в ресивере воздухе, использовать расширительную машину в режиме четырех тактного двигателя внутреннего сгорания и импульсно повышать мощность всей силовой установки совместно используя энергию сгораемого топлива в расширительной машине с энергией подаваемого в нее сжатого воздуха.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки.
Предлагаемая комбинированная силовая установка содержит: поршневую расширительную машину 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускным 4 и выпускным 5 клапанами, впускным 6 и выпускным патрубками 7, форсункой 8; топливный бак 9 с топливо-проводом 10; двигатель Стирлинга 11 с полостью для прохода отработавших газов 12; компрессор высокого давления 13, соединенный трубопроводом 14 с ресивером 15; электромагнитный клапан 16 и систему зажигания 17, управляемые блоком контроля 18 получающим сигналы от датчика частоты вращения вала 19, датчика давления воздуха 20, датчика температуры 21, датчика педали управления 22.
Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения работает следующим образом.
Расширительная машина 1 работает по четырех тактному циклу. При движении поршня 3 вниз, приводимым кривошипно-шатунным механизмом 2, воздух из атмосферы по впускному патрубку 6 через впускной клапан 5 поступает в расширительную машину 1, затем поршень 3 двигается вверх сжимает воздух, в следствие чего температура его повышается. В конце такта сжатия в горячий воздух расширительной машины 1 через электромагнитный клапан 16 подается сжатый воздух из ресивера 15, он прогревается, расширяется и поршень двигается вниз, происходит такт расширения. На такте выпуска поршень 3 выталкивает отработавший воздух из расширительной машины 1 через выпускной клапан 4. При использовании расширительной машины 1 в режиме четырех тактного двигателя внутреннего сгорания, топливо из топливного бака 9 по топливопроводу 10 подается на форсунку 8 и впрыскивается во время такта сжатия, а воспламеняется системой зажигания 17. Теплота, выделившаяся при сгорании топлива, используется для лучшего прогрева сжатого воздуха подаваемого в расширительную машину 1 из ресивера 15. После завершения очередного рабочего цикла, горячие отработавшие газы из расширительной машины 1 выталкиваются поршнем 3, через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 7 и поступают в полость
12, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 11. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре высокого давления 13. Сжатый воздух по трубопроводу 14 подается в ресивер 15 для накопления. Управление электромагнитным клапаном 16, форсункой 8 и системой зажигания 17 осуществляется блоком контроля 18 в зависимости от сигналов получаемых от датчика органа управления 22, датчика частоты вращения вала 19, датчика давления воздуха 19 в ресивере 15 и датчика температуры 21 расширительной машины 1.
По сравнению с прототипом предлагаемая силовая установка позволяет накапливать сжатый воздух в ресивере, что позволяет осуществлять пуск двигателя на накопленном в ресивере воздухе, использовать расширительную машину в режиме четырех тактного двигателя внутреннего сгорания и импульсно повышать мощность всей силовой установки совместно используя энергию сгораемого топлива в расширительной машине с энергией подаваемого в нее сжатого воздуха. Управление моментом воспламенения, дозирования топлива и сжатого воздуха в цилиндре расширительной машины осуществляется блоком управления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давления воздуха в ресивере, температуры расширительной машины и положения органов управления силовой установкой.