СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Известны силовые установки с разделенными процессами сжатия и расширения.
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с разделенными процессами сжатия и расширения (Перельштейн Б.Х Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания: Патент RU 2136920, 6 F 02 В 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 туда топлива и расширение продуктов сгорания практически до атмосферного давления за счет в два раза большего объема расширения по сравнению с объемом сжатия.
Недостатками этого двигателя является расходование части энергии, произведенной при расширении, на сжатие воздуха.
Известна также силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (Кукис. B.C., Попов Ю.Л., Босяков В.П. и др. Силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения: Патент на полезную модель RU 52938, F 02 G 5/02. Опубл. 27.04.06. Бюл. №12), содержащая: поршневую расширительную машину с кривошипно-шатунным механизмом, поршнем, впускным, выпускным клапанами, выпускным патрубком и форсункой; топливный бак с топливопроводом; двигатель Стерлинга с полостью для прохода отработавших газов; компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером.
Недостатками этой силовой установки является то, что перемещение поршня под действием продуктов сгорания (производство полезной работы) происходит один раз за один оборот коленчатого вала поршневой расширительной машины.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой силовой установке с разделенными процессами сжатия и расширения процесс сжатия воздуха осуществляется в компрессоре с приводом от двигателя Стирлинга (Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. - М.: Мир, 1986. - 464 с.), который работает за счет теплоты отработавших газов, выбрасываемых из двух полстей (надпоршневой и подпоршневой) поршневой расширительной машины, в каждой из которых осуществляется расширение сжатого в компрессоре воздуха, сопровождающееся сгоранием топлива.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство силовой установки с разделенными процессами сжатия и расширения.
Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения содержит: поршневую расширительную машину 1 с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускными клапанами 4 и 5, выпускными клапанами 6 и 7, впускными патрубками 8 и 9, выпускными патрубками 10 и 11, форсунками 12 и 13; топливный бак 14 с топливопроводами 15 и 16; двигатель Стирлинга 17
с полостью для прохода отработавших газов 18 и клапанами 19 и 20; компрессор 21, соединенный трубопроводом 22 с ресивером 23.
Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения работает следующим образом.
После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из поршневой расширительной машины 1 через выпускной клапан 16 по выпускному патрубку 10 поступают в полость 18, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 17, передают теплоту его рабочему телу и выходят в атмосферу через открытый клапан 19. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 21. Сжатый воздух по трубопроводу 22 подается в ресивер 23, откуда через впускной патрубок 8 и впускной клапан 4 поступает в надпоршневую полость цилиндра расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 12 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 15 из топливного бака 14. Поступившее в надпоршневую полость цилиндра топливо воспламеняется и происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся производством работы по перемещению поршня 3 от верхней к нижней мертвой точке. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из расширительной
машины 1 и может быть полезно использована.
При перемещении поршня 3 к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан 7 и отработавшие газы, образовавшиеся в процессе совершения предыдущего цикла и находящиеся в подпоршневой полости, начинают выходить из нее через выпускной клапан 16 по выпускному патрубку 11 поступают в полость 18, окружающую нагреватель двигателя Стерлинга 17, передают теплоту его рабочему телу и выходят в атмосферу через открытый клапан 20. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 21. Сжатый воздух по трубопроводу 22 подается в ресивер 23, откуда через впускной патрубок 9 и впускной клапан 5 поступает в подпоршневую полость цилиндра расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от нижней мертвой точки к верхней. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 13 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 16 из топливного бака 14. Поступившее в подпоршневую полость цилиндра топливо воспламеняется и происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся производством работы по перемещению поршня 3 от нижней мертвой точки к верхней. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из расширительной машины 1 и может быть полезно использована. Затем рабочий цикл повторяется.
По сравнению с прототипом в предлагаемой силовой установке перемещение поршня под действием продуктов сгорания (производство полезной работы) происходит при каждом перемещении поршня, т.е. два раза за один оборот коленчатого вала поршневой расширительной машины.