ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВС С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ СЖАТОГО ВОЗДУХА

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 пневматические поршневые двигатели для утилизации теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Известен 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 F02G 5/02. 27.02.06. Бюл. №6), который содержит картер и цилиндр, обогреваемым отработавшими газами ДВС, проходящими через рубашку, окружающую цилиндр. В цилиндре расположен поршень, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом. В нижней части цилиндра расположены впускной и нагнетательный клапаны, а в крышке цилиндра размещен выпускной клапан. Нагнетательный клапан соединен трубопроводом с ресивером, охлаждаемым водой, который, в свою очередь, сообщается с пневматической форсункой, расположенной в крышке цилиндра и оборудованной электромагнитным клапаном.
Недостатками этого пневматического утилизационного двигателя являются:
1. Значительное гидравлическое сопротивление потоку жидкости охлаждающей ресивер, в результате чего снижаются мощностные и экономические показатели поршневого ДВС, связанные с затратой мощности на привод жидкостного насоса.
2. Неравномерный нагрев стенок цилиндра пневматического двигателя, так как горячий газ обдувает его только с одной стороны. Это приводит к возникновению термических напряжений в стенках цилиндра и ограничивает количество теплоты, которое передается от газов во внутрицилиндровое пространство.
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 60996 U1 7 F02G 5/02. 10.02.07. Бюл. №4), который содержит картер и цилиндр, окруженный полостью с теплоаккумулирующим материалом, обогреваемым 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, охлаждаемым водой, который, в свою очередь, сообщается с пневматической форсункой, расположенной в крышке цилиндра и оборудованной электромагнитным клапаном.
Недостатком этого пневматического утилизационного двигателя являются значительное гидравлическое сопротивление потоку жидкости, охлаждающей ресивер, в результате чего снижаются мощностные и экономические показатели поршневого ДВС, связанные с затратой мощности на привод жидкостного насоса.
Данная конструкции пневматического двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является исключение затрат мощности ДВС на привод насоса для подачи охлаждающей жидкости в ресивер. Решение поставленной задачи достигается тем, что отработавшие газы, выходящие из рубашки направляются в газовую турбину, приводящую в действие нагнетатель, подающий воздух на охлаждение ресивера. Таким образом, жидкостная система охлаждения сжатого воздуха в ресивере заменяется на воздушную, чем исключаются затраты части мощности ДВС на организацию циркуляции охлаждающей жидкости и обеспечивается улучшение экономичности ДВС.
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 с воздушным охлаждением сжатого воздуха 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 8. Выпускной клапан 8 соединен нагнетательным трубопроводом 10 с ресивером 11, охлаждаемым воздухом. Ресивер 11 сообщается с пневматической форсункой 12, расположенной в крышке цилиндра 2 и оборудованной электромагнитным клапаном 13, с помощью воздухопровода 14. На выходе отработавших газов ДВС из рубашки 4 имеется турбина, 15, соединенная валом 16 с нагнетателем воздуха 17.
Предлагаемый пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС с воздушным охлаждением сжатого воздуха 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 4 крайнего верхнего положения начинается движение поршня 5 вниз, которое сопровождается сжатием находящегося под ним воздуха. При приближении поршня 5 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 8 и сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 10 поступает в ресивер 11, где охлаждается воздухом, поступающим из нагнетателя воздуха 17, соединенного валом 16 с газовой турбиной 15. 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 теплоаккумулирующего материала находящийся в полости 3, получающего теплоту от отработавших газов ДВС, проходящих через рубашку 4, и совершает работу по перемещению поршня 5 вниз. 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.
При приближении поршня 5 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 8, сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 10 поступает в ресивер 11 и цикл рабочий цикл повторяется.
По сравнению с прототипом в предлагаемом пневматическом поршневом двигателе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС в связи заменой жидкостного охлаждения ресивера на воздушное исключаются затраты части мощности ДВС на организацию циркуляции охлаждающей жидкости и обеспечивается улучшение его экономичности, т.е. полностью отсутствуют недостатки, характерные для прототипа.