ГИБРИДНАЯ ТЕПЛОВАЯ МАШИНА
HYBRID THERMAL MACHINE

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с продолженным расширением и утилизацией тепла продуктов сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр сгорания и расширения и цилиндр расширения, при этом расширившиеся в цилиндре сгорания газы выпускаются как в холодильник (атмосферу), так и в цилиндр расширения для дополнительного их расширения и получения дополнительной работы на валу (а.с. СССР №1470987).
Недостатками известной машины являются неполное использование тепла рабочего тела.
Техническим результатом является повышение КПД теплового двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что гибридная тепловая машина содержит по меньшей мере два рабочих цилиндра с размещенными в них рабочими поршнями, по меньшей мере один промежуточный цилиндр с размещенным в нем расширительным поршнем, по меньшей мере одну камеру охладителя, при этом поршни связаны кинематически с коленчатым валом, рабочие поршни расположены в цилиндрах синфазно и в противофазе с расширительным поршнем, в рабочих цилиндрах осуществляется четырехтактный рабочий процесс со сдвигом на 360 градусов угла поворота вала, каждый рабочий цилиндр снабжен впускным клапаном и связан с промежуточным цилиндром при помощи перепускного канала с перепускным клапаном, промежуточный цилиндр связан с камерой охладителя при помощи соединительного канала с выпускным клапаном, а камера охладителя сообщена с атмосферой при помощи выпускной трубы с клапаном сброса отработавших газов, один из перепускных клапанов открыт в конце такта расширения с возможностью перепуска расширившихся продуктов сгорания из одного из рабочих цилиндров в камеру охладителя через перепускной канал и соединительный канал с открытым в нем выпускным клапаном при положении расширительного поршня в районе ВМТ и продолжения расширения продуктов горения в камере охладителя с последующим выбросом отработавших газов в атмосферу через клапан сброса и выходную трубу, при перемещении рабочего поршня от НМТ после такта расширения остатки продуктов сгорания перепускаются из рабочего цилиндра в промежуточный цилиндр при закрытом выпускном клапане и при закрытом клапане сброса, камера охладителя снабжена теплообменником с возможностью отбора тепла от оставшихся в ней продуктов горения до состояния разрежения, и при перемещении расширительного поршня от своей НМТ выпускной клапан открыт с возможностью сообщения промежуточного цилиндра с камерой охладителя и перемещения расширительного поршня к ВМТ под действием разрежения, созданного в камере охладителя.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 показана схема устройства в момент горения и начала расширения продуктов сгорания в первом рабочем цилиндре.
На фиг.2 - то же, в момент выброса отработавших газов в атмосферу в результате перепуска продуктов горения из первого рабочего цилиндра в камеру охладителя.
Машина содержит рабочий цилиндр 1 с рабочим поршнем 2, промежуточный цилиндр 3 с расширительным поршнем 4, рабочий цилиндр 5 с рабочим поршнем 6, коленчатый вал 7 отбора мощности, с которым связаны поршни 2, 4 и 6 при помощи, например, шатунов, соответственно, 8, 9 и 10. При этом вал 7 выполнен со смещением колен рабочих цилиндров 1 и 5 на 180° относительно колена промежуточного цилиндра 3 для размещения поршней 2 и 6 в противофазе с поршнем 4. Поршни 2 и 6 установлены синфазно, что позволяет осуществлять в рабочих цилиндрах 1 и 5 четырехтактный рабочий процесс со сдвигом угла поворота вала 7 на 360°. Рабочие цилиндры 1 и 5 снабжены впускными клапанами 11 и 12. Промежуточный цилиндр 3 связан с рабочими цилиндрами 1 и 5 посредством перепускных каналов, соответственно, 13 и 14 с установленными в них перепускными клапанами 15 и 16. Машина содержит также камеру 17 охладителя с теплообменником 18, которая соединена с промежуточным цилиндром 3 посредством соединительного канала 19 с установленным в нем выпускным клапаном 20. Кроме того, камера 17 охладителя связана с атмосферой при помощи выхлопной трубы 21 с установленным в ней клапаном 22 сброса.
Описываемая машина работает следующим образом. В положении рабочего поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ) осуществляется сгорание сжатого заряда в рабочем цилиндре 1 и расширение продуктов сгорания при перемещении рабочего поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ). Движение поршней 2, 4 и 6 преобразуется во вращение вала 7 (Фиг.1). В конце такта расширения в рабочем цилиндре 1, в районе НМТ поршня 2, открывается перепускной клапан 15, и по перепускному каналу 13, а также выпускному каналу 19 с открытым выпускным клапаном 20 продукты сгорания из рабочего цилиндра 1 перепускаются в камеру 17 охладителя. Последняя имеет объем, в несколько раз больший рабочего объема рабочих цилиндров 1 и 5, поэтому продукты сгорания перепускаются под собственным давлением и еще под действием разрежения в камере 17 охладителя. Как только давление газа в камере 17 охладителя превысит давление окружающей среды, открывается клапан 22 сброса, и отработавшие газы направляются в атмосферу через выпускную трубу 21 (Фиг.2). При падении давления в камере 17 охладителя до атмосферного клапан 22 сброса закрывается, после чего закрывается и выпускной клапан 20.
Далее расширительный поршень 4 движется от ВМТ к НМТ, а поршень 2 - от НМТ к ВМТ, в результате чего происходит перепуск остатков продуктов сгорания из рабочего цилиндра 1 в промежуточный цилиндр 3. Осуществляется такт «холостой ход», во время которого происходит охлаждение газов в камере 17 охладителя при помощи теплообменника 18 с образованием в камере 17 вакуума. В конце такта перепускной клапан 15 закрывается, после чего открывается выпускной клапан 20, и под действием разрежения в камере 17 охладителя расширительный поршень 4 перемещается к ВМТ, передавая полезную работу на вал 7 одновременно с перемещающимся к НМТ рабочим поршнем 6, движение которого осуществляется за счет повышения давления в рабочем цилиндре 5 при такте расширения. В то же самое время в рабочем цилиндре 1 происходит процесс впуска свежего заряда, после чего повторяется цикл рабочего цилиндра 5 и расширительного цилиндра 3, аналогичный описанному выше циклу с рабочим цилиндром 1.
Устройство позволяет преобразовать максимально возможное количество тепла в полезную работу за счет использования обратного термодинамического процесса.