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 двигатель с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты отработавших газов (Кукис B.C., Незнаев Д.С., Черных К. А. и др. Утилизационный двигатель с внешним подводом теплоты // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: Науч. вестник ЧВАИ. - Вып.9. - Челябинск, 2000), представляет собой поршневой двигатель, включающий картер с цилиндром, обогреваемым отработавшими газами ДВС, разделенные теплоизолирующей проставкой, в котором перемещается поршень, соединенный с кривошипно-шатунным
механизмом. 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.
Недостатком этого утилизационного двигателя является очень низкий КПД, обусловленный сжатием воздуха в надпоршневом пространстве при интенсивном нагреве от горячих стенок цилиндра.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в поршневом пневматическом двигателе, содержащем картер и цилиндр, обогреваемый отработавшими газами ДВС, возвратно-поступательно перемещается поршень, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом. При движении поршня вверх через впускной клапан, распложенный в нижней части цилиндра, в подпрошневое пространство поступает воздух из атмосферы, которой при движении поршня вниз сжимается и через нагнетательный клапан, размещенный в нижней части цилиндра, поступает в ресивер, где охлаждается водой. Из ресивера сжатый
холодный воздух направляется к пневматической форсунке, оборудованной электромагнитным клапаном, который обеспечивает подачу сжатого холодного воздуха в надпоршневое пространство в момент, когда поршень находится в крайнем верхнем положении. Сжатый воздух, нагреваясь от горячих стенок цилиндра, расширяется, перемещая поршень вниз, совершая таким образом работу.
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, обогреваемый отработавшими газами ДВС, проходящими через рубашку 3. В цилиндре 2 расположен поршень 4, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 5. В нижней части цилиндра 2 расположены впускной клапан 6 и нагнетательный клапан 7, в крышке цилиндра размещен выпускной клапан 8. Выпускной клапан 7 соединен трубопроводом 9 с ресивером 10, охлаждаемым водой. Ресивер 10 сообщается с пневматической форсункой 11, расположенной в крышке цилиндра 2 и оборудованной электромагнитным клапаном 12, с помощью трубопровода
13.
Предлагаемый пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.
При перемещении поршня 4 вверх в результате возникающего в подпоршневом пространстве цилиндра 2 разрежения в него через впускной клапан 6 поступает воздух из атмосферы. После достижения поршнем 4 крайнего верхнего положения начинается движение поршня 4 вниз, которое сопровождается сжатием находящегося под ним воздуха. При приближении поршня 4 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 7 и сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 9 поступает в ресивер 10, где охлаждается водой. Сжатый и охлажденный воздух по воздухопроводу 13 подводится к пневматической форсунке 11. В момент, когда поршень 4, за счет работы крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма 5, приблизится к крайнему верхнему положению, электромагнитный клапан 12 открывает сопловое отверстие пневматической форсунки 11 и сжатый воздух поступает в надпоршневую полость цилиндра 2. Здесь он расширяется в условиях нагрева от отработавших газов, проходящих через рубашку 3, и совершает работу по перемещению поршня 4. 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 предлагаемый пневматический поршневой двигатель для реализации процесса расширения использует охлажденный сжатый воздух, в результате чего его масса и, соответственно, производимое им количество работы будет заметно больше.