ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ 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 поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Известны двигатели для утилизации теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Известен двигатель с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов ДВС (Кукис B.C., Черных К.А., Стрельчик Д.В. и др. Двигатель с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Свидетельство на полезную модель. RU 17946 U1 7 F 02 G 5/02. 10.05.01. Бюл. №13). Двигатель с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов ДВС имеет поршневой двигатель, включающий картер с цилиндром, обогреваемым отработавшими газами ДВС, в котором перемещается поршень, соединенный с кривошипно-шатунным механизмом. В головке цилиндра расположена форсунка для впрыскивания воды, поступающей из бака. 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.
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 надпоршневом пространстве;
- серьезные проблемы, связанные с необходимостью создания системы очистки воды в замкнутом контуре ее циркуляции.
Известен также пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС ((Кукис B.C., Ткаченко А.В. и др. Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Патент на полезную модель. RU 51677 U1 7 F 02 G 5/02. 27.02.06. Бюл. №6), который содержит картер и цилиндр, обогреваемый отработавшими газами ДВС, проходящими через рубашку, окружающую цилиндр. В цилиндре расположен поршень, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом. В нижней части
цилиндра расположены впускной клапан и нагнетательный клапан, а в крышке цилиндра размещен выпускной клапан. Нагнетательный клапан соединен трубопроводом с ресивером, который, в свою очередь, 10 сообщается с пневматической форсункой, расположенной в крышке цилиндра и оборудованной электромагнитным клапаном.
Недостатком этого пневматического утилизационного двигателя являются:
- значительные колебания температуры в надпоршневом объеме цилиндра, обусловленные существенной разницей температуры отработавших газов ДВС на различных режимах его работы;
- неравномерность нагрева стенок цилиндра, так как горячий газ обдувает ее только с одной стороны. Это приводит к возникновению термических напряжений в стенках цилиндра и ограничивает количество теплоты, которое передается от газов во внутрицилиндровое пространство.
Данная конструкции пневматического 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.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в пневматическом поршневом двигателе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС, наружные стенки цилиндра окружены полостью, заполненной теплоаккумулирующим веществом, и полостью для прохода отработавших газов ДВС, от которых теплота вначале передается теплоаккумулирующему веществу с фазовым переходом, играющему роль стабилизатора температуры, а затем во внутрицилиндровое пространство.
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 поршневого двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит картер 1 и цилиндр 2, наружная часть которого окружена полостью 3 с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой 4 для прохода отработавших газов ДВС. В цилиндре 2 расположен поршень 5, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 6. В нижней части цилиндра 2 расположены впускной клапан 7 и нагнетательный клапан 8, в крышке цилиндра размещен выпускной клапан 9. Нагнетательный клапан 8 соединен трубопроводом 10 с ресивером 11, охлаждаемым водой. Ресивер 11
сообщается с пневматической форсункой 12, расположенной в крышке цилиндра 2 и оборудованной электромагнитным клапаном 13, с помощью трубопровода 14.
Предлагаемый пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.
При перемещении поршня 5 вверх в результате возникающего в подпоршневом пространстве цилиндра 2 разрежения в него через впускной клапан 7 поступает воздух из атмосферы. После достижения поршнем 5 крайнего верхнего положения начинается движение поршня 5 вниз, которое сопровождается сжатием находящегося под ним воздуха. При приближении поршня 4 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 8 и сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 10 поступает в ресивер 11, где охлаждается водой. Сжатый и охлажденный воздух по воздухопроводу 14 подводится к пневматической форсунке 12. В момент, когда поршень 5, за счет работы крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма 6, приблизится к крайнему верхнему положению, электромагнитный клапан 13 открывает сопловое отверстие пневматической форсунки 12 и сжатый воздух поступает в надпоршневую полость цилиндра 2. Здесь он расширяется в условиях нагрева от теплоаккумулирующего материала 3, получающего теплоту от отработавших газов, проходящих через рубашку 4, и
совершает работу по перемещению поршня 5. Часть этой работы затрачивается на сжатие воздуха в подпоршневой полости цилиндра 2 для обеспечения реализации следующего рабочего цикла пневматического двигателя, а оставшаяся часть может быть полезно использована.
По сравнению с прототипом в предлагаемом пневматическом поршневом двигателе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС в связи с наличием полости с теплоаккумулирующим материалом исключены:
- значительные колебания температуры в надпоршневом объеме цилиндра, обусловленные существенной разницей температуры отработавших газов ДВС на различных режимах его работы;
- неравномерность нагрева стенок цилиндра, вызываемая неравномерным его нагревом по периметру, что не приводит к возникновению термических напряжений в стенках цилиндра и не ограничивает количество теплоты, которое передается от отработавших газов ДВС газов во внутрицилиндровое пространство, в связи с чем, в этом двигателе полностью отсутствуют недостатки, характерные для прототипа.