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, в связи с этим практически невозможно увеличить степень сжатия и повысить индикаторный 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, то есть как паровая машина.

Недостатком этой конструкции являются большие потери теплоты отработавших горячих газов в коллекторе.

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

Задачей предложения является снижение потерь теплоты отработавших газов при перетекании из полости с дизельным циклом в полость с паровым, для обеспечения высокой эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу, и более эффективного использования теплоты отработавших газов для парообразования.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе отработавшие газы, образующиеся от процесса сжигания топлива и последующего расширения продуктов сгорания с совершением работы, перепускаются через каталитический нейтрализатор с тепловым аккумулятором для стабилизации и повышения их температуры за счет окисления несгоревших углеводородов, это позволяет частично снизить их токсичность и повысить эффективность последующего парообразования, происходящего за счет энергии отработавших газов, с последующим расширением и совершением работы.

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, через одну их которых (5) впрыскивается топливо, а через другую (6) - вода; топливный бак 7 и бак для воды 8. Цилиндр 3 комбинированного парогазового двигателя оборудован впускными клапанами 9, 10 и выпускными клапанами 11, 12, впускным 13 и выпускным 14 патрубками. Форсунки 5 и 6 оборудованы электромагнитными клапанами 15 и 16. Топливный бак 7 соединен топливопроводом 17 с форсункой 5, бак с водой 8 соединен трубопроводом 18 с форсункой 6. Полость над поршнем соединена с полостью под поршнем коллектором 19, на котором установлен каталитический нейтрализатор 20 с тепловым аккумулятором 21.

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 11 по коллектору 19 проходят в каталитический нейтрализатор 20, где их температура повышается, затем направляются к впускному клапану 10 и через него заполняют подпоршневую полость цилиндра 3. Каталитический нейтрализатор 20 для стабилизации температуры установлен в тепловом аккумуляторе 21.

Как только поршень 4 начнет движение от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан 10 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 16, впрыскивается вода, поступающая по трубопроводу 18 из бака 8. и происходит интенсивное парообразование. Пары, расширяясь, давят на поршень 4 снизу и перемещают его вверх, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из цилиндра 3 и 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 патрубок 13 и впускной клапан 9 поступает воздух - происходит всасывание.

В момент, когда в подпоршневой полости пар начинает расширяться, перемещая поршень 4 в сторону верхней мертвой точки, впускной клапан 9 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 15, впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 17 из бака 7. Топливо воспламеняется, и продукты сгорания заставляют поршень двигаться от верхней мертвой точки к нижней, совершая работу. Через крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из цилиндра 3 и может быть полезно использована.

В это время открывается выпускной клапан 12 и расширившиеся водяные пары из подпоршневой полости выталкиваются в атмосферу через выпускной патрубок 14.

После достижения поршнем 4 нижней мертвой точки выпускной клапан 12 закрывается и как только поршень 4 начнет обратное движение к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан 11 и рабочий цикл повторяется.

По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном парогазовом двигателе снижена токсичность выбрасываемых в атмосферу паров, повышается эффективность процесса парообразования, с последующим расширением и совершением работы, происходящего за счет повышения энергии отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе, температура которого стабилизирована тепловым аккумулятором.

Комбинированный парогазовый двигатель, содержащий картер, кривошипно-шатунный механизм, выполненный крейцкопфным, цилиндр с перемещающимся в нем поршнем, снабженный парой впускных и парой выпускных клапанов, впускным и выпускным патрубками, форсунки, оборудованные электромагнитными клапанами, одна для подачи топлива, а другая воды, топливный бак и бак для воды, отличающийся тем, что полость над поршнем соединена с полостью под поршнем коллектором с каталитическим нейтрализатором с тепловым аккумулятором.