Силовая установка Советский патент 1984 года по МПК F02G1/00 

Изо етение относится к двигатепестроению, в частности к транспортным двигателям.

Известна силовая установка, содержащая тепловой двигатель и приводящий компрессор, сжатый воздух из которого подводят в расширительную машину, кинематически соединенную с ведущими колесами транспортной машины, причем перед расширительной машиной установлен теплообменник для подогрева сжатого воздуха выпускными газами теплового двигателя Ul.

Недостатками такой установки являются сложность и необходимость применения отдельного компрессора, что снижает надежность устройства и не обеспечивает высокие тягово-динамические характеристики.

Известна также силовая установка, преимущественно для транспортных машин, содержащая свободнопоршневой двигатель .с внешним подводом теплоты с по меньшей мере одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, отделяющим в цилиндре надпоршневую и подпоршневую камеры, и поршнемвытеснителем, разделяющим подпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщенные через нагреватель, связанный с внешним контуром подвода теплоты, регенератор и охладитель, связанный с внешним контуром отвода теплоты, расширительную машину, связанную с подпоршневой камерой при помощи разовых магистралей высокого и низкого давления, и размещенные на последних газовые аккумуляторы соответственно высокого и низкого давления L2}.

Недостатками известной силовой установки является умеренные тяговодинамические характеристики и низкая топливная экономичность, вызванные большой инерционностью газовой системы. Кроме того установка характеризуется регенерацией тепловой энергии, невозможностью использовани энергии торможения транспортной машины, а также сложностью регулирования двигателя с внешним подводом теплоты.

Цель изобретения - .улучшение тягово-динамических и экономических характеристик .

Указанная цель достигается тем, что в силовой установке, преимущественно для транспортных машин, содержащей свободно-поршневой двигатель с внешним подведем теплоты с по меньшей мере одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, отделяющим в цилиндре подпоршневую и надпоршневую камеру, и поршнем-вытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холодную полости сообщенные через нагреватель, связанньй с внешним контуром подвода теплоты, .регенератор и охладитель, связанный с внешним контуром отвода теплоты, расширительную машину, связанную с подпоршневой камерой при помощи газовых магистралей высокого и низкого давления и размещенные на последних газовые аккумуляторы соответственно высокого и низкого давления, участки газовых магистрале высокого и низкого давления, расположенные между газовыми аккумуляторами и расширительной машиной, снабжены соответственно дополнительными нагревателем и охладителем, расширительная машина выполнена объемного типа с регулируемым газораспределением, причем внешний контур дополнительного нагревателя подключен к внешнему контуру подвода теплоты, а внтешний контур дополнительного охладителя подключен к внешнему контуру отвода теплоты.

Силовая установка может быть снабжена дополнительными газовыми магистралями, связывающими газовые аккумуляторы с холодной полостью надпоршневой камеры двигателя.

На чертеже представлена принципиальная схема силовой установки.

Силовая установка содержит свободнопоршневой двигатель 1 с внешним подводом теплоты с по меньшей мере одним цилиндром 2, размещенным в нем рабочим поршнем 3, отделяющим в цилиндре 2 надпоршневую и подпоршневую камеры 4 и 5 соответственно, и поршнем-вытеснителем 6, разделяющим надпоршневую камеру 4 на горячую и холодную полости 7 и 8 соответствено, сообщенные через нагреватель 9, связанный с внешним контуром 10 подвода теплоты, регенератор 11 и охладитель 12, связанный внешним контуром 13 отвода теплоты, расширительную машину 14, связанную с подпоршневой камерой 5 при помощи газовых магистралей 15 и 16 высокого и низкого давления, и размещенные

на последних газовые аккумуляторы 17 и 18 соответственно высокого и низкого давления. Участки газовых магистралей 19 и 20 высокого и низкого давления, соответственно, расположенные между газовыми аккумуляторами 17 и 18 и расширительной машиной 14, снажены соответственно дополнительными нагревателем 21 и охладителем 22, расширительная машина 14 выполнена объемного типа с регулируемым газораспределителем, причем внешний контур дополнительного нагревателя 21 подключен к внешнему контуру 10 подвода теплоты, а внешний контур дополнительного охладителя 22 подключен к внешнему контуру 13 отвода теплоты. Установка снабжена дополнительными газовыми магистралями 23, связывающими газовые аккумуляторы 17 и 18 с холодной полостью 8 надпоршневой камеры 4 двигателя. Свободнопоршневой двигатель с внешним подводом теплоты содержит также синхронизирующий механизм 24. В подпоршневой камере 5 установлены выпускной и впускной клапаны 25 и 26 соответственно.. Внешний контур 10 подвода теплоты содержит камеру 27 горения с магистралями подвода топлива 28 и воздуха 29, а также магистраль 30, по которой продукты горения направляются в газовый рекуперативный нагреватель 21, который магистралью 32 связан с газовым рекуперативным нагревателем 33. Во внешний контур 13 отвода теплоты входит радиатор 34 и водяной насос 35, а также магистрали 36, связывающие охла.дитель 12 с охладителем 22..

Расширительная иашина 14 выполнена объемного типа с регулируемыми впускным 37 и выпускным 38 органами. {На газовых магистралях 23 установлены регулируемые запорные органы 39 и 40.

; Силовая установка работает следующим образом.

I На режиме максимальной мощности при движении вверх рабочего поршня 3 открывается впускной клапан 26. Б подпоршневую камеру 5 всасывается газ из газового аккумулятора 18 низкого давления. При движении рабочего ,поршня 3 вниз газ, находящийся в камере 5, сжимается и через выпускной клапан 25 по магистрали 15 нагнетаетс в газовый аккумулятор 17 высокого

давления. Вся эффективная мощность двигателя с учетом потерь на трение и привод вспомогательных механизмов преобразуется в энергию сжатого газа Газ высокого давления после газового аккумулятора 17 нагревается в гзовом рекуперативном нагревателе 21 и по магистрали 19 через регулируемы впускной орган 37 поступает в расширтельную машину 14, после чего регулируемый выпускной орган 38, магистраль 20, водяной рекуперативный охладитель, газовый аккумулятор 18 низкого давления, магистраль 16 и впуск|Ной клапан 26 попадает в подпоршне.вую полость .5.

В системе охлаждения вода или

другая охлаждающая жидкость насосом 5 прокачивается последовательно чере охладители 12 и 22 и радиатор 34.

8камеру 27 горения подается топливо по магистрали 28 и воздух по магистрали 29. Продукты горения после камеры 27 горения через магистраль 30 и газовый рекуперативный нагреватель

9по магистрали 31 поступают в газовый рекуперативный нагреватель 21. Отдав тепло газу, поступающему в расширительную машину 14, продукты горения по магистрали 32 поступают

в газовый рекуперативный нагреватель 33, после чего выбрасываются в окружающую среду.

Необходимый крутящий момент-на валу расширительной машины 14, т.е. тягово-динамическая характеристика, обеспечивается регулированием отсечки расширительной машины аналогично тому, как это осуществлялось в паровых машинах паровозов с идеальной тяговотдинамической характеристикой. Так как расширительная машина 14 имеет регулируемое и обратимое газораспределение, как в упомянутой паровой машине, то при торможении транспортной машины осуществляется перевод расширительной машины 14 в режим работы компрессора с нагнетанием газа из газового аккумулятора 18 низкого давления в газовый аккумулятор 17 высокого давления, обеспечивая тем самым рекуперацию энергии торможения транспортной машины. Энергия, накопленная в газовом аккумуляторе 17 высокого давления, используется для интенсивного разгона транспортной машины. Энергоемкость газового аккумулятора 17 высокого давления выбирается таким образом,чтобы обеепечивалась рекуперация энергии торможения транспортной машины, а энергоемкость газового аккумулятора 18 низ кого давления определяется параметрами газа после расширительной машины 14. Режим работы свободнопоршневого двигателя с внешним подводом тепла регулируется автоматически в зависимости от параметров газа в газовых аккумуляторах 17 и 18 независимо от условий движения транспортной машины. Для увеличения мощности свобод нопоршневого двигателя с внешним под водом теплоты увеличивается подача топлива по магистрали 28 в камеру 27 горения и одновременно часть рабочего тепла из газового аккумулятора 17 высокого давления по магистрали 23 и регулируемый запорный орган 39 поступает в камеру 4 над рабочим пор нем 3. При снижении мощности одновре менно с уменьшением подачи топлива в камеру 27 горения, часть газа через магистраль 23 и регулируемый запорный орган 40 попадает в магистраль 16 и через впускной клапан 26 в камеру 5. Экономическая эффективность применения предлагаемой силовой установки определяется прежде всего бесступенчатой тяговой характеристикой и возможностью кратковременного формирования на режимах разгона, благодаря чему улучшаются тяговые и динамические качества транспортной машины, а также повышается ее.средняя скорость движения, проходимость и путевая топливная экономичность. Высокая топливная экономичность предлагаемой силовой установки является также следствием стабилизации режимов работы двигателя, регенерации тепловой энергии отходящих газов и особенно рекуперации энергии торможения Гранспортной машины. I

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, преимущественно для транспортных .машин, содержащая свободнопоршневой двигатель с внешним подводом теплоты по меньщей мере с одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, отделяющим в цилиндре подпоршневую и надпоршневую камеры, и поршнемвытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщенные через нагреватель, связанный с внешним контуром подвода теплоты, регенератор и охладитель, связанный с внешним контуром отвода теплоты, расширительную машину, связанную с лодпоршневой камерой при помощи газовых магистралеи высокого и низкого давления, и размещенные на последних газовые аккумуляторы соответственно высокого и низкого давления, отличающаяся тем, что, с целью улучшения тягово-динамических и экономических характеристик, участки газовых магистралей высокого и низкого давления, расположенные между газовыми аккумуляторами и расширительной машиной, снабжены соответственно дополнительными нагревателем и охладителем, расширительная машина выполнена объемного типа с регулируемым газораспределением, причем внешний контур дополнительного нагревателя подключен к внешнему кон(Л туру подвода теплоты, а внешний контур дополнительного охладителя подключен к внешнему контуру отвода теплоты. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными газовыми магистралями, связывающими газовые аккуму00 ел 00 N5 ляторы с холодной полостью надпоршневой камеры двигателя.