ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ V-ОБРАЗНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВС

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроении) и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности в силовой установке, включающей двигатель внутреннего сгорания и пневматический V-образный поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Известны двигатели для утилизации теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Двигатель с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов (Кукис B.C., Незнаев Д.С., Черных К.А. и др. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты//Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: Науч. вестник ЧВАИ. - Вып.9. - Челябинск, 2000), представляет собой поршневой двигатель, включающий картер с цилиндром, разделенные теплоизолирующей проставкой, в котором перемещаются поршень с кривоипно-шатунным механизмом. С одной стороны картера имеется впускной патрубок с обратным клапаном, с другой - перепускной канал для перепуска сжатого в картере воздуха в надпоршневое пространство. В
нижней части цилиндра имеется выпускной патрубок для выпуска отработавшего рабочего тела.
Недостатком этого утилизационного двигателя является очень низкий КПД, обусловленный необходимостью сжатия воздуха в надпоршневом пространстве в условиях интенсивного его нагрева от горячих стенок цилиндра.
Известен также паровой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС (Кукис B.C., Гизатулин P.P. и др. Паровой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС. Свидетельство на полезную модель. RU 21070 U1 7 F 02 G 5/02. 20.12.01. Бюл.№35). Паровой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит: картер с малым и большим цилиндрами (оборудованными клапанами), расположенными V-образно, в которых перемещаются поршни с кривошипно-шатунным механизмом. Малый цилиндр соединен со сферической камерой, окруженной полостью для подвода отработавших газов ДВС, перепускным каналом с впускным клапаном. Через этот канал сжатый в малом цилиндре воздух поступает в сферическую камеру, где дополнительно подогревается от ее стенок. В сферической камере располагается форсунка, через которую в сжатый и нагретый воздух впрыскивается и затем испаряется вода. Сферическая камера соединяется с большим цилиндром перепускным каналом с выпускным клапаном, через
который образовавшийся пар направляется в большой цилиндр, где он расширяется, производя работу.
Недостатками этого двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС являются:
- большой расход воды, необходимый для производства работы в результате ее испарения, что требует организации замкнутого контура циркуляции воды;
- значительные затраты энергии на организацию циркуляции воды и создания высокого давления для эффективного ее распыливания в сферической камере;
- серьезные проблемы, связанные с необходимостью создания системы очистки воды в замкнутом контуре ее циркуляции.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в поршневом пневматическом двигателе, содержащем два цилиндра, расположенных V-образно, в одном из них происходит сжатие воздуха и нагнетание его в ресивер, из которого воздух под высоким давлением через пневматическую форсунку подается в другой цилиндр, стенки которого нагреваются
извне отработавшими газами ДВС, причем в картере и цилиндрах размещены кривошипно-шатунный механизм и поршни и имеются впускные и выпускные патрубки, которые обеспечивают периодическую смену рабочего тела.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство пневматического V-образного поршневого двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Предлагаемый пневматический V-образный поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит: картер 1 с малым 2 и большим 3 цилиндрами, расположенными V-образно, в которых перемещаются поршни 4 и 5 с кривошипно-шатунным механизмом 6. Малый цилиндр 2, имеющий впускной клапан 7 и нагнетательный клапан 8, нагнетательным трубопроводом 9 соединен с ресивером 10, который охлаждается водой. Ресивер 10 воздухопроводом 11 соединен с пневматической форсункой 12, которая управляется электромагнитным клапаном 13, и расположена в большом цилиндре 3, наружная часть которого окружена полостью 14 для прохода отработавших газов ДВС, а крышка оборудована выпускным клапаном 15.
Предлагаемый пневматический V-образный поршневой двигатель
для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.
При перемещении поршня 4 вниз в результате возникающего в надпоршневом пространстве малого цилиндра 2 разрежения в него через впускной клапан 7 поступает воздух из атмосферы. После достижения поршнем 4 крайнего нижнего положения впускной клапан 7 и начинается движение поршня 4 вверх, которое сопровождается сжатием находящегося над ним воздуха. При приближении поршня 4 к крайнему верхнему положению открывается нагнетательный клапан 8 и сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 9 поступает в ресивер 10, где охлаждается водой. Сжатый и охлажденный воздух по воздухопроводу 11 подводится к пневматической форсунке 12. В момент, когда в большом цилиндре 3 поршень 5, за счет работы кривошипно-шатунного механизма 6, приблизится к крайнему верхнему положению, электромагнитный клапан 13 открывает сопловое отверстие пневматической форсунки 6 и сжатый воздух поступает в большой цилиндр 3. Здесь он расширяется в условиях нагрева от отработавших газов, проходящих через полость 14, совершая работу по перемещению поршня 5. Часть этой работы затрачивается в последующем для сжатия воздуха в малом цилиндре 2 и обеспечения реализации следующего рабочего цикла пневматического двигателя, а оставшаяся часть может быть полезно использована.
По сравнению с прототипом предлагаемый пневматический V-образный поршневой двигатель не нуждается в воде, необходимой для производства работы в результате ее испарения, в связи с чем в этом двигателе полностью отсутствуют недостатки, характерные для прототипа.