КОМБИНИРОВАННЫЙ ПАРОГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для более полного преобразования энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Известны комбинированные двигатели, включающие поршневой ДВС и утилизационный двигатель.
Комбинированный двигатель корпорации Термо-Электрон (Bode D. The latest on organic Rankine bottoming cycle // Disel and Gas Turbine Progress, 1980. - №6. - P.74-81) состоит из дизеля и паровой установки, работающей по циклу Ренкина, которая утилизирует теплоту отработавших газов дизеля. Паровая установка включает подкачивающий насос, подогреватель, парогенератор, расширительную машину и конденсатор. В паровой установке циркулирует свое рабочее тело. Подкачивающим насосом оно в жидком состоянии направляется в подогреватель и затем в парогенератор, где благодаря теплоте, полученной от отработавших газов дизеля, жидкость испаряется. Пар приводит в действие расширительную машину, связанную редуктором с коленчатым валом дизеля.
Недостатком этой конструкции являются сложность конструкции, а также большие габариты и масса паровой установки, превосходящие
соответствующие показатели поршневого ДВС.
Известен также комбинированный двигатель (Кукис B.C., Коваленко Ю.Ф, Разношинская А.В. и др. Комбинированный двигатель: Патент на полезную модель. RU 31611 U1 7 F02G 5/02. 20.08.03. Бюл. №23), который содержит: поршневой ДВС и утилизационный двигатель, имеющий картер с блоком цилиндров, в которых с помощью кривошипно-шатунного механизма перемещаются поршни, а также форсунки, через которые производится впрыскивание воды, поступающей из бака. С одной стороны блока цилиндров утилизационного двигателя имеется впускной коллектор, соединенный с выпускным коллектором ДВС. Коленчатый вал утилизационного двигателя и ДВС соединены с помощью шестеренчатого редуктора с гидромуфтой.
Недостатком этого двигателя являются сложность объединения потоков мощности ДВС и утилизационного двигателя, а также значительные массогабаритные показатели, обусловленные тем, что поршневой и утилизационный двигатели выполнены в виде отдельных машин.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является исключение устройства суммирования мощности ДВС и утилизационного двигателя, а также уменьшение массогабаритных показателей комбинированного двигателя при
обеспечении высокой эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе процессы сжигания топлива и последующего расширения продуктов сгорания с совершением работы, и парообразования, происходящего за счет энергии отработавших газов, с последующим расширением и совершением работы, реализуются в одной машине.
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 парогазового двигателя.
Предлагаемый комбинированный парогазовый двигатель содержит: картер 1 с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 2, цилиндр 3 с перемещающимся в нем поршнем 4, форсунками 5 и 6, через одну их которых (5) впрыскивается топливо, а через другую (6) - вода; топливный бак 7 и бак для воды 8. Цилиндр 3 комбинированного парогазового двигателя оборудован впускными клапанами 9, 10 и выпускными клапанами 11, 12, впускным 13 и выпускным 14 патрубками. Форсунки 5 и 6 оборудованы электромагнитными клапанами 15 и 16. Топливный бак
7 соединен топливопроводом 17 с форсункой 5, бак с водой 8 соединен трубопроводом 18 с форсункой 6. Полость над поршнем соединена с полостью под поршнем коллектором 19.
Комбинированный парогазовый двигатель работает следующим образом. В последний такт очередного рабочего цикла, когда поршень 4 завершает перемещение к верхней мертвой точке, отработавшие газы из надпоршневой полости цилиндра 3 через выпускной клапан 11 по коллектору 19 направляются к впускному клапану 10 и через него заполняют подпоршневую полость цилиндра 3.
Как только поршень 4 начнет движение от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан 10 закрывается и происходит сжатие продуктов сгорания, находящихся в подпоршневой полости. В момент, когда поршень 4 подходит к нижней мертвой точке, через форсунку 6, управляемую электромагнитным клапаном 16, впрыскивается вода, поступающая по трубопроводу 18 из бака 8. и происходит интенсивное парообразование. Пары, расширяясь, давят на поршень 4 снизу и перемещают его вверх, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из цилиндра 3 и может быть полезно использована.
Одновременно с описанным процессом, происходящим в подпоршневой полости при перемещении поршня 4 от верхней к нижней
мертвой точке, в надпоршневую полость через впускной патрубок 13 и впускной клапан 9 поступает воздух - происходит всасывание.
В момент, когда в подпоршневой полости пар начинает расширяется, перемещая поршень 4 в сторону верхней мертвой точки, впускной клапан 9 закрывается и в надпоршневой полости происходит сильное сжатие воздуха. В момент, когда поршень 4 подходит к верхней мертвой точке, через форсунку 5, управляемую электромагнитным клапаном 15, впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 17 из бака 7. Топливо воспламеняется и продукты сгорания заставляют поршень двигаться от верхней мертвой точки к нижней, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из цилиндра 3 и может быть полезно использована.
В это время открывается выпускной клапан 12 и расширившиеся водяные пары из подпоршневой полости выталкиваются в атмосферу через выпускной патрубок 14.
После достижения поршнем 4 нижней мертвой точки выпускной клапан 12 закрывается и как только поршень 4 начнет обратное движение к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан 11 и рабочий цикл повторяется.
По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе исключено устройство суммирования мощности
и уменьшены массогабаритные показатели за счет того, что процессы сжигания топлива и последующего расширения продуктов сгорания с совершением работы, и парообразования, происходящего за счет энергии отработавших газов, с последующим расширением и совершением работы, реализуются в одной машине.