Боевая машина

Комбинированный двигатель
Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для более полного использования энергии топлива, сжигаемого в поршневых ДОС.
Известны комбинированные двигатели, состоящие из поршневого ДВС и двигателя с внешним подводом теплоты для утилизации теплоты его отработавших газов.
Комбинированный двигатель корпорации Термо-Электрон (Bode D. The latest on organic Rankine bottoming cycle // Disel and Gas Turbine Progress, 1980. - № 6. - P. 74-81) состоит из дизеля и паровой установки, работающей по циклу Ренкина, которая утилизирует теплоту отработавших газов дизеля. Паровая установка включает подкачивающий насос, подогреватель, парогенератор, расширительную машину и конденсатор. В паровой установке циркулирует свое рабочее тело. Подкачивающим насосом оно в жидком состоянии направляется в подогреватель и затем в парогенератор, где благодаря теплоте, полученной от отработавших газов дизеля, жидкость испаряется. Пар приводит в действие расширительную машину, связанную редуктором с коленчатым валом дизеля.
F02G5/02
Недостатком этой конструкции являются сложность конструкции, а также большие габариты и масса паровой установки, превосходящие соответствующие показатели поршневого ДВС.
Известен также комбинированный тепловой двигатель, составленный из ДВС и присоединенного к нему двигателя Стерлинга, утилизирующего теплоту отработавших газов ДВС (Лев Ю.Е., Юнда Ю.Д. Эксендер // Исследование поршневых двигателей. - Ангарск: Изд-во. ИЛИ, 1971. - С. 7-10.). В таком комбинированном двигателе отработавшие газы ДВС нагревают головку двигателя Стерлинга, который вырабатывает дополнительную механическую энергию, передаваемую с помощью редуктора на коленчатый вал ДВС.
Недостатками этого двигателя являются:
1.Высокая стоимость вследствие необходимости применения дорогостоящих высоколегированных сплавов для изготовления деталей и узлов двигателя Стирлинга, подвергающихся постоянному воздействию высокого давления во внутренней полости и высокой температуры в теплообменниках.
2.Увеличенные размеры системы охлаждения, так как двигатель Стирлинга является системой закрытого типа и вся теплота, которую необходимо отводить от рабочего тела отводиться только через систему
охлаждения. В результате охлаждающая поверхность радиатора должна быть в 2-2,5 раза больше, чем в поршневом ДВС.
3. Необходимость использования в качестве рабочего тела двигателя Стерлинга гелия или водорода для получения высокого КПД.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности комбинированного двигателя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в комбинированном двигателе, содержащем поршневой ДВС и двигатель, утилизирующий теплоту отработавших газов ДВС, последний представляет собой двухтактный поршневой двигатель, в который поступают отработавшие газы ДВС, сжимаются и в цилиндры производится впрыскивание воды через форсунки с последующим ее испарением и расширением, причем в картере и цилиндрах утилизационного двигателя размещены поршни и кривошипно-шатунный механизм, а также имеются впускные и выпускные коллекторы, которые обеспечивают периодическую смену рабочего тела, причем отработавшие газы ДВС, температура которых существенно изменяется в зависимости от режима его работы, перед поступлением в утилизационный двигатель проходят через тепловой аккумулятор, где температура этих газов стабилизируется.
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 двигателя.
Предлагаемый комбинированный двигатель содержит: поршневой ДВС 1 и утилизационный двигатель 2, содержащий картер 3, блок цилиндров 4, в которых перемещаются поршни 5 с кривошигшошатунным механизмом 6, а также форсунки 7, через которые производится впрыскивание воды, поступающей через трубопроводы 8 из бака 9. С одной стороны блока цилиндров 4 имеется впускной коллектор 10 утилизационного двигателя 2, соединенный с выпускным коллектором 11 ДВС I. С другой стороны блока цилиндров 4 имеется выпускной коллектор 12 утилизационного двигателя 2 для выпуска отработавшего рабочего тела в атмосферу, причем коленчатый вал 13 ДВС 1 и коленчатый вал 14 утилизационного двигателя 2 соединены с помощью шестеренчатого редуктора 15 с гидромуфтой 16. Между выпускным коллектором 11 ДВС 1 и впускным коллектором 10 утилизационного двигателя 2 размещается тепловой аккумулятор 17, стабилизирующий температуру отработавших газов ДВС 1 перед их поступлением в утилизационный двигатель 2 при работе ДВС 1 на переменных режимах.
Предлагаемый комбинированный двигатель работает следующим образом.
Когда поршни 5 в каждый в своем цилиндре блока цилиндров 4 утилизационного двигателя 2 находятся вблизи нижней мертвой точки, отработавшие газы поршневого ДВС I по выпускному коллектору 11, пройдя предварительно через тепловой аккумулятор 17, по впускному коллектору 10 через впускные окна в стенке цилиндров попадают в ник, где при перемещении поршней 5 от нижней мертвой точки к верхней под воздействием кривопшпно-шатунного механизма 6 сжимаются и температура заряда существенно повышается. При приближении поршней 5 к верхней мертвой точке через форсунки 7 в цилиндры производится впрыскивание воды, поступающей по трубопроводам Ј из бака 9, вследствие чего происходит интенсивное парообразование. Пар расширяется, производя работу. Получаемая работа с помощью шестеренчатого редуктора 15 с гидромуфтой 16 передается на коленчатый вал 13 поршневого ДВС 1. При подходе поршней 5 в процессе расширения к нижней мертвой точке открываются выпускные окна в нижней части цилиндров, расширившийся пар начнет выходить из цилиндров в выпускной коллектор 12 утилизационного двигателя 2 и замещаться отработавшими газами поршневого ДВС 1, поступающим через выпускной коллектор 11 поршневого ДВС1, тепловой аккумулятор 17 и впускной
коллектор 10 утилизационного двигателя 2. Поступившие в надпоршневое пространство отработавшие газы продувают цилиндр и заполняют его свежим зарядом. Затем описанный рабочий цикл в утилизационном двигателе 2 повторяется.
По сравнению с прототипом предлагаемый комбинированный двигатель:
1.Имеет меньшую стоимость, так как:
а)не требует применения дорогостоящих высоколегированных сплавов для изготовления деталей и узлов, потому что они не подвергаются воздействию высоких давлений и температур;
б)использует в качестве рабочего тела отработавшие газы поршневого ДВС и обычную воду.
2.Проще по конструкции, имеет меньшую массу и габариты, так как не требует организации охлаждения.
Формула полезной модели
Комбинированный двигатель, содержащий соединенные с помощью шестеренчатого редуктора и гидромуфты поршневой ДВС и утилизационный двигатель с кривопшпно-шатунным механизмом, размещенный в блоке цилиндров и картере, со сжатием рабочего тела и последующим расширением его в надпоршневом пространстве, отличающийся тем, что утилизационный двигатель снабжен форсунками для впрыскивания воды в цилиндры, емкостью и трубопроводом для подвода воды к форсункам, причем блок цилиндров имеет впускной коллектор, соединенный посредством теплового аккумулятора с выпускным коллектором поршневого ДВС и выпускной коллектор для выпуска отработавшего рабочего тела в атмосферу, а утилизационный двигатель выполнен двухтактным.
1 16 1545 8 9