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

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной мощности без увеличения расхода топлива 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 кривошипно-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 пневматический V-образный поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС (Кукис B.C., Ткаченко А.В. и др. Пневматический V-образный поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС. Свидетельство на полезную модель. RU 53381 U1 7 F 02 G 5/02. 10.05.06. Бюл. №13). Предлагаемый двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит: картер с малым и большим цилиндрами, расположенными V-образно, в которых перемещаются поршни и с кривошипно-шатунным механизмом. Малый цилиндр имеющий впускной клапан и нагнетательный клапан, нагнетательным трубопроводом соединен с ресивером, который охлаждается водой. Ресивер сообщается с пневматической форсункой, которая управляется электромагнитным клапаном, и расположена в большом цилиндре, наружная часть которого окружена полостью для прохода отработавших газов ДВС, а крышка оборудована выпускным клапаном.
Недостатками этого двигателя являются:
значительные колебания температуры в надпоршневом объеме большого цилиндра, обусловленные существенной разницей температуры отработавших газов ДВС на различных режимах его работы;
неравномерность нагрева стенок большого цилиндра, так как горячие отработавшие газы обдувают его только с одной стороны. Это приводит к возникновению термических напряжений в стенках большого цилиндра и ограничивает количество теплоты, которое передается от газов во внутрицилиндровое пространство.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности использования теплоты отработавших газов ДВС при ее утилизации и снижение термических напряжений в стенках цилиндра большего диаметра.
Решение поставленной задачи достигается тем, что наружные стенки цилиндра большего диаметра окружены полостью, заполненной теплоаккумулирующим веществом, и полостью для прохода отработавших газов ДВС, от которых теплота передается теплоаккумулирующему веществу.
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, крышка которого оборудована выпускным клапаном 14, а наружная поверхность окружена полостью 15, заполненной теплоаккумулирующим веществом, которая, в свою очередь, окружена полостью 16 для прохода отработавших газов ДВС.
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 12 и сжатый воздух поступает в большой цилиндр 3, стенки которого обогреваются извне теплоаккумулирующим веществом, нагреваемым, в свою очередь, отработавшими газами ДВС. Воздух, расширяясь в условиях нагрева, совершает 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 позволяет обеспечить:
1) более высокий КПД, обусловленный повышением температуры рабочего тела в надпоршневом пространстве большого цилиндра на частичных режимах работы поршневого ДВС за счет энергии, накопленной теплоаккумулирующим веществом при работе на полной нагрузке;
2) равномерный нагрев стенок большого цилиндра камеры отработавшими газами ДВС.