КОМБИНИРОВАННЫЙ ПАРОГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для более полного преобразования энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Известны комбинированные двигатели, включающие поршневой ДВС и утилизационный двигатель.
Теловой двигатель с разделенными процессами газообразования (Руднев В.В., Кукис B.C., Хасанова М.Л.. Тепловой двигатель с разделенными процессами газообразования: Патент на полезную модель. RU 51111 U1 F01К 7/00. 27.01.2006. Бюл. №03), который содержит: двухтактный поршневой двигатель, имеющий картер с цилиндром, поршень со штоком, крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм и камеру сгорания, выполненную отдельно от цилиндра, соединенную коллекторами с полостями цилиндра.
Недостатком этого двигателя являются значительное удаление камеры сгорания от насосной полости, затрудняющее возможность увеличения степени сжатия и повышения индикаторного КПД.
Известен также комбинированный парогазовый двигатель (Кукис B.C., Хасанова М.Л., Руднев В.В., Быстров О.И.. Комбинированный парогазовый двигатель. Патент на полезную модель. RU 70938 U1 F02G 5/02. 20.02.2008. Бюл. №5) состоит из картера, крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма, цилиндра с перемещающимся в нем поршнем, форсункой топливной и форсункой для впрыска воды, топливного и водяного баков. Цилиндр разделен поршнем на два объема, верхний объем работает по циклу Дизеля, а в нижний объем через коллектор подаются горячие отработавшие газы, и их теплота используется для перегрева и превращения в пар воды на такте расширения, по принципу работы паровой машины.
Недостатком этой конструкции являются недостаточно полное использование энергии пара на такте расширения, и низкий коэффициент наполнения верхнего объема по причине высокого противодавления при перепуске горячих отработавших газов в нижний объем.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение массового наполнения цилиндров за счет использования энергии пара, с целью повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу, и более экономичного использования воды, предназначенной для парообразования.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе энергия смеси отработавших газов и пара, имеющая достаточно высокий потенциал, используется в турбокомпрессоре для нагнетания свежего заряда воздуха, тем самым повышая массовое наполнение на входе в парогазовый двигатель. А пар на выходе конденсируется в воду и повторно используется в рабочем цикле.
Анализ предлагаемого решения и известных, позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство комбинированного парогазового двигателя.
Предлагаемый комбинированный парогазовый двигатель содержит: картер 1 с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 2, цилиндр 3 с перемещающимся в нем поршнем 4, форсунками 5 и 6 оборудованными электромагнитными клапанами 7 и 8, через одну их которых (5) впрыскивается топливо, а через другую (6) вода; поступающие по трубопроводу 9 из топливного бака 10, и по трубопроводу 11 из бака для воды 12. Цилиндр 3 комбинированного парогазового двигателя оборудован впускными клапанами 13, 14 и выпускными клапанами 15, 16, впускным 17 и выпускным 18 коллекторами соединенными с турбокомпрессором 19. Полость над поршнем соединена с полостью под поршнем коллектором 20. Турбокомпрессор 19 через коллектор 21 соединен с конденсатором 22 с выпускным трубопроводом 23 и жидкостным насосом 24, соединенным трубопроводом 25 с баком для воды 12.
Комбинированный парогазовый двигатель работает следующим образом. В последний такт очередного рабочего цикла, когда поршень 4 завершает перемещение к верхней мертвой точке, отработавшие газы из надпоршневой полости цилиндра 3 через выпускной клапан 15 по коллектору 20 направляются к впускному клапану 14 и через него заполняют подпоршневую полость цилиндра 3.
Как только поршень 4 начнет движение от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан 14 закрывается и происходит сжатие продуктов сгорания, находящихся в подпоршневой полости. В момент, когда поршень 4 подходит к нижней мертвой точке, через форсунку 6, управляемую электромагнитным клапаном 8, впрыскивается вода, поступающая по трубопроводу 11 из бака 12, происходит интенсивное парообразование. Пары, расширяясь, давят на поршень 4 снизу и перемещают его вверх, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа может быть полезно использована.
Одновременно с описанным процессом, происходящим в подпоршневой полости при перемещении поршня 4 от верхней к нижней мертвой точке, в надпоршневую полость через впускной коллектор 17 и впускной клапан 13 поступает воздух от турбокомпрессора 19 - происходит нагнетание воздуха.
В момент, когда в подпоршневой полости пар начинает расширяться, перемещая поршень 4 в сторону верхней мертвой точки, впускной клапан 13 закрывается и в надпоршневой полости происходит сильное сжатие воздуха. В момент, когда поршень 4 подходит к верхней мертвой точке, через форсунку 5, управляемую электромагнитным клапаном 7, впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 9 из бака 10. Топливо воспламеняется, и продукты сгорания заставляют поршень двигаться от верхней мертвой точки к нижней, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа может быть полезно использована.
В это время открывается выпускной клапан 16 и расширившиеся водяные пары из подпоршневой полости по выпускному коллектору 18 подаются на турбокомпрессор 19, заставляя его нагнетать воздух во впускной коллектор 17.
После достижения поршнем 4 нижней мертвой точки выпускной клапан 16 закрывается и как только поршень 4 начнет обратное движение к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан 14 и рабочий цикл повторяется.
Отработавший пар от турбокомпрессора 19 по коллектору 21 поступает в конденсатор 22, где пар конденсируется в воду, а отработавшие газы по трубопроводу 23 выбрасываются в атмосферу. Вода, образованная в конденсаторе 22 откачивается насосом 24 по трубопроводу 25 в бак для воды 12 и в последующем используется опять для парообразования.
По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе снижена токсичность выбрасываемых в атмосферу паров, повышается эффективность использования теплоты сгораемого топлива, а за счет применения турбокомпрессора повышаются мощностные и экономические показатели за использования бросовой энергии отработавших газов. Применение конденсатора позволяет экономить используемую для парообразования воду.