КОМБИНИРОВАННЫЙ 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.
Теловой двигатель с разделенными процессами газообразования (Руднев В.В., Кукис B.C., Хасанова М.Л. Тепловой двигатель с разделенными процессами газообразования: Патент на полезную модель. RU 51111 U1 F01К 7/00. 27.01.2006. Бюл. №03), который содержит: двухтактный поршневой двигатель, имеющий картер с цилиндром, поршень со штоком, крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм и камеру сгорания, выполненную отдельно от цилиндра, соединенную коллекторами с полостями цилиндра.
Недостатком этого двигателя являются значительное удаление камеры сгорания от насосной полости, затрудняющее возможность увеличения степени сжатия и повышения индикаторного КПД.
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 F02В 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 в них топлива, и расширение продуктов сгорания практически до атмосферного давления за счет объема расширения в два раза большего объема сжатия.
Недостатками этого двигателя является расходование части энергии, произведенной при расширении, на сжатие воздуха.
Известен также комбинированный парогазовый двигатель (Кукис B.C., Хасанова М.Л., Руднев В.В., Быстров О.И.. Комбинированный парогазовый двигатель. Патент на полезную модель. RU 70938 U1 F02G 5/02. 20.02.2008. Бюл. №5), состоящий из картера, крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма, цилиндра с перемещающимся в нем поршнем, форсункой топливной и форсункой для впрыска воды, топливного и водяного баков. Цилиндр разделен поршнем на два объема, верхний объем работает по циклу Дизеля, а в нижний объем через коллектор подаются горячие отработавшие газы, и их теплота используется для перегрева и превращения в пар воды на такте расширения по принципу паровой машины.
Недостатком этой конструкции являются использование водяного пара, что усложняет эксплуатацию двигателя в различных диапазонах температур, так же отсутствие возможности регулирования степени сжатия в объеме, работающем по циклу дизеля, и отсутствие возможности рекуперации энергии двигателя при торможении им.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является увеличение среднего эффективного давления путем добавления высоко сжатого воздуха на такте расширения в дизельном цикле, использование двигателя для рекуперации энергии на режиме торможения и холостого хода с последующим использованием этой энергии для форсирования двигателя на пиковых нагрузках.
Решение поставленной задачи достигается тем, что на режимах торможения двигателем и на холостом ходу происходит рекуперация энергии, т.е. часть сжимаемого воздуха накапливается в ресивере, а на режимах пуска холодного двигателя степень сжатия увеличивается и для форсирования двигателя при пиковых нагрузках происходит увеличение среднего эффективного давления за счет 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 комбинированного двигателя.
Предлагаемый комбинированный двигатель содержит: картер 1 с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 2, цилиндр 3 с перемещающимся в нем поршнем 4, форсунку 5 с электромагнитным клапаном 6, топливный бак 7 с насосом 8. Цилиндр 3 комбинированного двигателя оборудован впускным клапаном 9 с впускным коллектором 10, выпускным клапаном 11, с выпускным коллектором 12, впускным 13 и выпускным 14 клапанами охладителя 15, впускным 16 и выпускным 17 клапанами теплового аккумулятора 18, электромагнитным клапаном 19 ресивера 20.
На установившихся режимах работа комбинированного двигателя осуществляется по четырехтактному циклу дизеля.
На режимах холостого хода комбинированный двигатель работает следующим образом.
В первый такт очередного рабочего цикла поршень 4 двигается от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан 9 открывается и за счет разряжения, создаваемого в надпоршневом пространстве, происходит впуск свежего заряда воздуха из атмосферы по впускному коллектору 10 в цилиндр 3 двигателя, а в подпоршневом пространстве происходит сжатие воздуха с последующей подачей его через электромагнитный клапан 19 в ресивер 20.
На втором такте поршень 4 начинает движение из нижней мертвой точки к верхней, с началом движения открывается впускной клапан охладителя 13, происходит сжатие воздуха в надпоршневом пространстве и подача его через охладитель 15 и выпускной клапан охладителя 14 в подпоршневое пространство. В процессе движения поршня 4 к верхней мертвой точке, происходит закрытие клапана охладителя 13 и продолжается сжатие воздуха, находящегося в надпоршневом пространстве. В конце второго такта в нагретый за счет сжатия воздух через форсунку 5, управляемую электромагнитным клапаном 6, впрыскивается топливо, подаваемое насосом 8 под высоким давлением из бака 7, и происходит воспламенение и сгорание топлива с интенсивным тепловыделением.
На третьем такте горячие газы, расширяясь, давят на поршень 4 сверху и перемещают его вниз, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа может быть полезно использована. На этом же такте в подпоршневом пространстве открывается электромагнитный клапан 19, происходит сжатие и подача воздуха в ресивер 20.
В последний четвертый такт рабочего цикла, когда поршень 4 перемещается к верхней мертвой точке, отработавшие газы из надпоршневой полости цилиндра 3 через выпускной клапан 11 по коллектору 12 поступают в тепловой аккумулятор 18, отдавая ему свою теплоту, затем направляются в атмосферу.
На режиме торможения двигателем рабочий цикл осуществляется также как и на режиме холостого хода, за исключением полного прекращения подачи топлива через форсунку 5 в цилиндр 3, на втором такте перекачивания всего количества воздуха из надпоршневого пространства через впускной клапан охладителя 13, охладитель 15 и выпускной клапан охладителя 14 в подпоршневое пространство с последующим сжатием и подачей этого воздуха через электромагнитный клапан 19 для накопления его в ресивере 20.
На режиме форсирования двигателя на пиковых нагрузках в отличие от режима холостого хода на втором такте рабочего цикла открывается электромагнитный клапан 19, и сжатый воздух из ресивера 20 поступая в подпоршневое пространство, расширяясь создает давление на поршень 4, совершая полезную работу. В начале третьего такта открываются впускной 16 и выпускной 17 клапаны теплового аккумулятора 18, и воздух выталкиваемый поршнем 4 из подпоршневого пространства через впускной 16 и выпускной 17 клапаны, тепловой аккумулятор 18 поступает в надпоршневое пространство. В этот момент времени происходит увеличение давления на такте расширения путем добавления в горячие газы и смешивания с ними высоко сжатого и прогретого в тепловом аккумуляторе 18 воздуха.
На режиме пуска холодного двигателя степень сжатия увеличивается за счет закрытия впускного клапана 13 охладителя 15 на втором такте рабочего цикла и прекращения подачи сжимаемого воздуха из надпоршневого пространства цилиндра 3 в подпоршневое.
По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном двигателе снижена токсичность выбрасываемых в атмосферу отработавших газов, осуществлено форсирование двигателя на пиковых нагрузках увеличением среднего эффективного давления на такте расширения путем использования энергии высоко сжатого воздуха, накопленного за счет рекуперации энергии на режиме торможения и холостого хода.