ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

F02B 3/04
F02M 5/04
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использована в силовых установках транспортных средств.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является одним из основных источников энергии в сельском хозяйстве. Наряду с этим ДВС является крупнейшим потребителем топлива нефтяного происхождения. Однако, несмотря на все усовершенствования, проводимые с момента его создания, коэффициент полезного действия современных двигателей остается очень низким.
Потери мощности идут в основном на трение и привод вспомогательных механизмов. В составе этих потерь от 2 до 4% занимают потери мощности на привод генераторной установки двигателя.
Из внесенного в двигатель тепла только часть используется на полезную работу. Значительная часть тепла уносится с охлаждающей жидкостью (20-35%) и с выпускными газами (30-55%).
В настоящее время существуют устройства (например, термоэлектрический генератор), которые позволяют напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую с использованием либо полупроводниковых, либо биметаллических термоэлементов. Одним из условий использования термоэлектрических преобразователей является значительная разница температур между его сторонами. Это условие полностью выполняется при установке подобных устройств в систему выпуска отработавших газов или в систему охлаждения.
Известен двигатель внутреннего сгорания (А.С.№1498933, опубл. 07.08.1989, Бюл. №29), в котором термоэлектрический генератор используется для подогрева воздуха во впускном коллекторе. Для этого горячие спаи термоэлементов генератора размещаются во впускном тракте. Основной целью данной разработки является передача теплоты отработавших газов через термоэлектрический генератор во впускной коллектор. Электрическая мощность, получаемая в данном случае, недостаточна для питания штатных потребителей электрической энергии транспортного средства.
Силовая установка по А.С. №1370277 (Опубл. 30.01.1988, Бюл. №4) позволяет использовать теплоту отработавших газов для получения электрической энергии. При этом термоэлектрические генераторы устанавливаются на выхлопной коллектор и подключаются через электрическую цепь к блоку приборов и к аккумуляторной батарее. Эффективность использования теплоты в данной силовой установке низкая, т.к. термоэлектрические генераторы устанавливаются только на один из элементов выпускного тракта. Установка термоэлектрических генераторов на всех теплонапряженных деталях выпускной системы позволит значительно повысить эффективность установки. Кроме того, не используется тепло, отводимое с охлаждающей жидкостью.
Техническим результатом является  повышение эффективности использования теплоты в системах охлаждения и выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
Для достижения указанного технического результата элементы теплонапряженных систем двигателя внутреннего сгорания выполняются в виде блоков термоэлектрических генераторов соединенных последовательно. Мощность, вырабатываемая в результате преобразования тепловой энергии в электрическую, используется для питания всех штатных потребителей электрической энергии двигателя внутреннего сгорания.
На рисунке представлена блок-схема двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель 1, содержащий теплонапряженные элементы системы охлаждения 2 и теплонапряженные элементы системы выпуска отработавших газов 3, оборудован блоками термоэлектрических генераторов 4 и 5 подключенных через электрическую цепь к штатным потребителям электрической энергии 6. При этом горячие спаи термоэлектрических генераторов 4 устанавливаются на теплонапряженные элементы системы охлаждения (радиатор, блок цилиндров), термоэлектрических генераторов 5 устанавливаются в систему выпуска отработавших газов (приемные трубы, выпускные коллектора), а холодные спаи всех термоэлектрических генераторов устанавливаются на удалении от источников тепла.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Охлаждающая жидкость, циркулирующая в системе охлаждения, нагревает горячие спаи блоков термоэлектрических генераторов 4, а выхлопные газы из цилиндров двигателя 1, попадая в теплонапряженные элементы 3, нагревают горячие спаи блоков термоэлектрических генераторов 5. Так как холодные спаи блоков термоэлектрических генераторов 4 и 5 имеют температуру, близкую к температуре окружающей среды (т.е. гораздо более низкую, чем горячие спаи), то в блоках термоэлектрических генераторов 4 и 5 возникает разность потенциалов и электрический ток. Полученная таким образом электрическая энергия будет использоваться для питания всех штатных потребителей 6 двигателя внутреннего сгорания.
Установка блоков термоэлектрических генераторов 4 и 5, по мощности эквивалентных штатной системе электроснабжения, в теплонапряженные элементы системы охлаждения 2 и теплонапряженные элементы системы выпуска отработавших газов 3 позволит отказаться от генераторной установки. Изменение конструкции двигателя по предлагаемому варианту позволит повысить КПД его работы и значительно сократить выброс парниковых газов в окружающую среду.