КОМБИНИРОВАННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПОТОКАМИ ГАЗОВ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности силовой установки, включающей двигатель внутреннего сгорания с компрессором и пневматическим двигателем с внешним подводом теплоты.
Известны двигатели с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС с разнесенным, регулируемым подводом теплоты (Руднев В.В., Хасанова М.Л. и др. Патент на полезную модель №33163, выданный 10 октября 2003 г.), содержащий: картер с цилиндром, в которых перемещаются поршень с кривошипно-шатунным механизмом. В нижней части цилиндра имеются выпускное и впускное окна. В верхней части цилиндра выполнена нагревательная рубашка и размещена управляемая форсунка для подачи воды. На входе установлен каталитический нейтрализатор для повышения температуры отработавших газов ДВС и теплообменник для нагрева воды, за которым установлена распределительная заслонка для регулирования потока отработавших газов между цилиндром и нагревательной рубашкой.
Недостатком этого двигателя является относительно низкий ресурс форсунки, обеспечивающей подачу воды в цилиндр, жесткие требования к стабильности высоких температур отработавших газов ДВС, при невыполнении которых не обеспечивается интенсивное парообразование со значительным изменением объема воды, впрыснутой в цилиндр.
Известна также комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов. (Руднев В.В., Хасанова М.Л. и др. Патент на полезную модель №61796, выд. 26.05.2006 г.), содержащая компрессор, вал которого через
первый фрикцион соединен с валом двигателя внутреннего сгорания, и через второй фрикцион соединен с валом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты, с которого снимается мощность силовой установки. Для нагнетания сжатого воздуха в баллон используется компрессор, в зависимости от потребности через кран управления сжатый воздух подается в цилиндр пневматического двигателя, где, соединяясь с горячими газами, совершает работу. Для дожигания топлива и аккумулирования теплоты отработавших газов между выпускным трубопроводом ДВС и впускным трубопроводом пневматического двигателя с внешним подводом теплоты установлен каталитический нейтрализатор с аккумулятором теплоты.
Недостатком этой комбинированной установки являются значительные тепловые потери в соединительных трубопроводах.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности аккумулирования и использования теплоты в комбинированной силовой установке.
Решение поставленной задачи достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, соединенный через выпускной коллектор с пневматическим двигателем с внешним подводом теплоты, работающим по двухтактному циклу, цилиндры которых установлены в общем тепловом аккумуляторе. Компрессор соединен трубопроводом через теплообменник с баллоном и регулировочным краном, управляющим подачей воздуха к клапану пневматического двигателя через теплообменник.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели. Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки с разделенными потоками газов.
Предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов содержит: двигатель внутреннего сгорания 1, вал которого через первый фрикцион 2 соединен с компрессором 3, вал которого через второй фрикцион 4 соединен с коленчатым валом 5 пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6, работающего по двухтактному циклу, который имеет цилиндр 7 с картером 8, поршень 9 с шатуном 10. Выпускной коллектор 11 двигателя внутреннего сгорания 1 соединен с каталитическим нейтрализатором 12, который выполнен внутри теплового аккумулятора 13. Двигатель внутреннего сгорания 1 и цилиндр пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6 установлены в тепловом аккумуляторе 13. В нижней части цилиндра 7 пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6 имеются впускное 14 и выпускное 15 окна. В верхней части цилиндра 7 выполнена нагревательная рубашка 16 и расположен клапан 17 для подачи сжатого воздуха. Перед впускным окном 14 установлена распределительная заслонка 18 для регулирования потока горячих газов между цилиндром 7 и нагревательной рубашкой 16. Компрессор 3 соединен трубопроводом 19 через теплообменник 20 с баллоном 21, и регулировочный кран 22, который управляет подачей воздуха к клапану 17 пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6, соединен через теплообменник 20.
Предлагаемая комбинированная силовая установка работает на трех режимах (принцип действия изложен в свидетельстве на полезную модель №№61796, выд. 26.05.2006 г «Комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов», авторы Руднев В.В., Хасанова М.Л. и др.).
Тепловой аккумулятор 13 кроме теплоты отработавших газов двигателя внутреннего сгорания 1, проходящих через выпускной коллектор 11, каталитический нейтрализатор 12, накапливает теплоту от нагретых деталей двигателя внутреннего сгорания 1.
После теплового аккумулятора 13 горячие газы в зависимости от режима работы пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6
посредством распределительной заслонки 18 разделяются между нагревательной рубашкой 16 и впускным окном 14. Для снижения тепловых потерь цилиндр 7 с нагревательной рубашкой 16 пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6 размещены в тепловом аккумуляторе 13.
Для повышения эффективности использования энергии сжимаемого в компрессоре 3 воздуха теплота, выделяемая при его сжатии, отбирается в теплообменнике 20 и передается воздуху, проходящему после регулировочного крана 22 в клапан 17 для подачи в цилиндр 7 пневматического двигателя с внешним подводом теплоты 6, который работает по двухтактному циклу.
По сравнению с прототипом предлагаемая комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов имеет значительно больший КПД, так как возможно использование теплоты от нагретых деталей двигателя внутреннего сгорания и энергии сжимаемого в компрессоре воздуха и повышение мощности пневматического двигателя за счет дополнительного подогрева впускаемого сжатого воздуха и стенок цилиндра горячими газами.