СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроении и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
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. 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. Расходование части энергии, произведенной при расширении в большом цилиндре, на сжатие воздуха в малом цилиндре.
Известен также двухтактный двигатель внутреннего сгорания с разделенными процессами сжатия и расширения (Перельштейн Б.Х Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания: Патент RU 2136920, 6 F 02 В 41/04. Опубл. 10.09.99. Бюл. №25), содержащий два цилиндра, оборудованные клапанами, с поршнями, которые приводятся в действие от общего коленчатого вала, и ресивер. Тыльная сторона поршня при его движении вниз в одном из цилиндров обеспечивает сжатие воздуха и нагнетание его в ресивер. Из ресивера сжатый воздух поступает в два цилиндра, где осуществляется сгорание подаваемого туда топлива и расширение продуктов сгорания практически до атмосферного
давления за счет в два раза большего объема расширения по сравнению с объемом сжатия.
Недостатками этого двигателя является расходование части энергии, произведенной при расширении, на сжатие воздуха.
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.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой силовой установке с разделенными процессами сжатия и расширения процесс сжатия воздуха осуществляется в компрессоре с приводом 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, где осуществляется расширение сжатого в компрессоре воздуха, сопровождающееся сгоранием топлива.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство силовой установки с разделенными процессами
сжатия и расширения.
Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения содержит: поршневую расширительную машину 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускным 4, выпускным 5 клапанами, выпускным патрубком 6 и форсункой 7; топливный бак 8 с топливопроводом 9; двигатель Стирлинга 10 с полостью для прохода отработавших газов 11; компрессор 12, соединенный трубопроводом 13с ресивером 14.
Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения работает следующим образом.
После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из расширительной машины 1 через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 6 поступают в полость 11, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 10. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 12. Сжатый воздух по трубопроводу 13 подается в ресивер 14, откуда через впускной клапан 5 поступает в цилиндр расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 7 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 9 из топливного бака 8. Поступившее в цилиндр топливо воспламеняется и происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся производством работы по перемещению поршня 3. Через кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из расширительной машины 1 и может быть полезно использована.
По сравнению с прототипом предлагаемая силовая установка не имеет механической связи между компрессором и расширительной машиной, что позволяет осуществлять в ней полное расширение (до давления окружающей среды), а осуществление привода компрессора за счет теплоты отработавших газов исключает затраты части энергии, вырабатываемой в расширительной машине, на получение сжатого воздуха.