Силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу. Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения и утилизацией энергии отработавших газов содержит: расширительную машину 1, кривошипно-шатунный механизм 2, поршень 3, выпускной клапан 4, впускной клапан 5,выпускной коллектор 6, форсунку 7, топливный бак 8, топливопровод 9, двигатель Стирлинга 10, полость нагревателя 11, компрессор 12, трубопровод 13. ресивер 14, турбину 15, вал привода нагнетателя 16, центробежный нагнетатель 17, воздухопровод 18 и рубашку охлаждения 19. По сравнению с прототипом предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения и утилизацией энергии отработавших газов не требует затрат вырабатываемой расширительной машинной мощности на организацию процесса охлаждения ее цилиндра и горячих деталей, что позволяет повысить полезную мощность на пять и более процентов. 1 с.п. ф-лы, 1 фиг.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.

Известен силовая установка (комбинированный двигатель) «Орион» (Hooker R.J Orion-aGas-Generator Turbocompound Engine / Hooker SAE Tr 1957, P.293), которая содержит: поршневой двигатель-генератор горячих газов, силовую газовую турбину, работающая за счет энергии горячих газов, центробежный нагнетатель, приводимый в действие от газовой турбины и подающий воздух для сгорания в цилиндры поршневого двигателя и для охлаждения их воздухом.

Недостатком описанной конструкции являются затрата части термохимической энергии топлива на привод центробежного нагнетателя.

Известна силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (см. Патент на полезную модель. RU №52938, Кл. F02В 5/02, опубл. 2006). Она включает: расширительную машину, содержащую кривошипно-шатунный механизм, поршень, выпускной и впускной клапаны, выпускной патрубок, форсунку, топливный бак, топливопровод, полость нагревателя двигателя Стирлинга, компрессор, трубопровод и ресивер.

Недостатком этой силовой установки является необходимость охлаждения расширительной машины для обеспечения которого затрачивается часть вырабатываемой эффективной мощности и, как следствие, повышается расход топлива на производство единицы мощности.

Данная конструкция двигателя является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Технический результат от использования изобретения выражается в повышении эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу и как следствие снижение расхода топлива на производство единицы мощности.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой силовой установке с разделенными процессами сжатия-расширения и утилизацией энергии отработавших газов для обеспечения процесса охлаждения расширительной машины используется мощность, вырабатываемая турбиной за счет кинетической энергии отработавших газов.

Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображена принципиальная схема силовой установки с разделенными процессами сжатия-расширения с утилизацией энергии отработавших газов содержит: расширительную машину 1, кривошипно-шатунный механизм 2, поршень 3,выпускной клапан 4, впускной клапан 5, выпускной коллектор 6, форсунку 7, топливный бак 8, топливопровод 9, двигатель Стирлинга 10, полость нагревателя 11, компрессор 12, трубопровод 13, ресивер 14, турбину 15, вал

привода нагнетателя 16, центробежный нагнетатель 17, воздухопровод 18 и рубашку охлаждения 19.

Работает силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения и утилизацией энергии отработавших газов следующим образом.

После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из расширительной машины 1 через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 6 поступают в полость 11, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 10. Обладая еще высокой кинетической энергией, отработавшие газы выходят из полости нагревателя 11 двигателя Стирлинга 10. Установленная за двигателем Стирлинга 10 турбина 15 передает вращательное движение, через вал привода нагнетателя 16 на центробежный нагнетатель 17. Центробежный нагнетатель 17 всасывает атмосферный воздух и направляет его по воздухопроводу 18 в рубашку охлаждения 19, где происходит обдув цилиндра расширительной машины 1 холодным воздухом, что обеспечивает охлаждение его и горячих деталей расширительной машины 1. Мощность вырабатываемая двигателем Стирлинга 10, используется для сжатия воздуха в компрессоре 12. Сжатый воздух по трубопроводу 13 подается в ресивер 14, откуда через впускной клапан 5 поступает в цилиндр расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 7 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 9 из топливного бака 8. Поступившее в цилиндр топливо воспламеняется и происходит

расширение продуктов сгорания, сопровождающееся производством работы по перемещению поршня 3. Через кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из расширительной машины 1 и может быть полезно использована.

По сравнению с прототипом предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения и утилизацией энергии отработавших газов не требует затрат вырабатываемой расширительной машиной мощности на организацию процесса охлаждения ее цилиндра и горячих деталей, что позволяет повысить полезную мощность на пять и более процентов (Автомобильные двигатели / Под ред. М.С.Ховаха. М.: Машиностроение, 1977, с.547) и, как следствие, снизить расход топлива на производство единицы мощности.

Силовая установка с разделенными процессами сжатия-расширения, включающая расширительную машину с кривошипно-шатунным механизмом, поршнем с выпускным и впускным клапанами, с выпускным коллектором и форсункой, топливный бак, топливопровод, полость нагревателя двигателя Стирлинга, компрессор и ресивер, соединенные трубопроводом, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена турбиной, связанной с центробежным нагнетателем через вал его привода и воздуховодом, соединенным с рубашкой охлаждения расширительной машины, причем за счет кинетической энергии отработавших газов последней приводится в действие турбина.