Комбінований двигун внутрішнього згоряння горягіна (кдвзг)

1. Комбінований двигун внутрішнього згоряння, який складається з блока циліндрів ДВЗ, кришки з каналами для проходження по них охолоджуючої рідини (зокрема, наприклад, води), системи подачі палива, радіатора, пристрою подачі повітря, вихлопної труби, блока циліндрів парової машини, який складається щонайменше з одного циліндра з кришкою, що розміщений на спільному колінчастому валу з ДВЗ і має систему клапанів і систему розподільного вала, суміщену з системою клапанів ДВЗ, який відрізняється тим, що має паровий котел і пароперегрівач, при цьому радіатор має можливість виконувати функції конденса C2 2 (19) 1 3 пар «ДВЗ і циліндр парової машини», системи живлення водою циліндрів парової машини. Ця установка має наступні недоліки: - недостатньо повно використовується теплові втрати ДВЗ, зокрема для роботи парового двигуна використовується лише тепло відпрацьованих газів; - не використовується теплота, що відводиться охолоджувачем. - не використовується енергія відведеної пари при його тиску нижче атмосферного. Відомий двоступінчатий двигун [11], що містить цилиндропоршневую групу, картер з колінчастим валом, систему подачі палива і систему охолоджування, сорочка охолоджування блоку циліндрів виконана у вигляді парового казана, підключеного до додаткової цилиндропоршневой групи, сполученої з початковим колінчастим валом, при цьому на виході додаткової цилиндропоршневой групи здійснюється конденсація пара, що відрізняється тим, що конденсація пари здійснюється встановленими із зазором парами пластин, по периметру яких виконані канавки з отворами для відбору конденсату. Недоліком вказаного двигуна є те, що він не виконаний, як в попередньому аналогу, об'єднаним в один агрегат з одним колінчастим і розподільним валами, а конструкція конденсатора не входить в об'єм винаходу, що подається. Відомий комбінований тепловий двигун [12], що містить двигун внутрішнього спалення і паровий двигун, об'єднані в один агрегат, який відрізняється тим, що має зовнішню теплоізольовану оболонку, яка утворює сорочку охолодження і паровий котел одночасно. Недоліками такого теплового двигуна є: - громіздкість об'єднаної зовнішньої теплоізольованої оболонки за єдине ціле з паровим котлом; - не використовується енергія відводимого пару при його тиску нижче атмосферного; - має місце великі витрати коштовної дистилированої води, відходячої з паром в атмосферу. Завданням даного винаходу є підвищене ККД установки і, тим самим, зменшення витрати палива при незмінній потужності КДВ; або, що є варіантом, підвищення потужності КДВЗ залишаючи незмінними витрати палива. Поставлене завдання розв'язується таким чином. У відомому КДВЗ, що складається з блоку циліндрів і його кришки з їх каналами для проходження по ним охолоджуючої рідини, (зокрема, наприклад, води), колінчастого валу з поршневою групою, розподільного валу з системою клапанів, системи подачі палива, що включає забезпечення його підпали, радіатор для охолоджування води і вихлопну трубу, пристрою подачі повітря, до складу КДВЗ додатково включаються: блок парової машини, що складається щонайменше з одного циліндра з кришкою, який сидить на одному колінчастому валу з КДВЗ і має систему клапанів і систему їх розподільного валу, суміщену з системою клапанів КДВЗ; паровий котел і пароперегрівач, при цьому радіатор має можливість виконувати функції конденсатора і зв'язаний трубою, на якій 87739 4 встановлений насос високого тиску, з каналами блоку і кришки циліндрів; канали блоку і кришки зв'язані трубою з котлом і далі пароперегрівачем; пароперегрівач через систему клапанів парової машини зв'язаний трубою з паровою машиною, парова машина через систему клапанів зв'язана трубою з конденсатором, а вихлопна труба ДВЗ зв'язана трубою з пароперегрівачем і далі котлом, (зокрема, можливо, газовою турбіною) звідки виходить в навколишнє середовище. (Слід зазначити, що вакуум в конденсаторі підтримується відсмоктуючим насосом). Поставлене завдання розв'язується також тим, що на кришку циліндра паровій машині встановлена місткість, сполучена з вхідним і вихідним клапанами парової машина через крани з автоматичним їх відкриттям і закриттям. Поставлене завдання розв'язується також тим, що робочою рідиною в теплу пору року є вода, а в холодне рідина, що не замерзає при негативній температурі [5, с 123], при цьому зона утворення частини розчину , що утворюється в котлі перед пароперегрівачем, яка не випаровується, зв'язана трубою з конденсатором через редукційний клапан (на Фіг.1 не показан). Поставлене завдання розв'язується також тим, що управління насосом високого тиску і кранами з'єднання з місткістю здійснюється системою автоматики залежно від величини тиску в системі циркуляції рідини і рівня розташування рідини в котлі і конденсаторі і шляхом під'єднування насоса до валу двигуна за допомогою муфти зчеплення. Детальніше суть винаходу пояснюється кресленнями Фіг.1-3: Фіг.1 - принципова схема розміщення і взаємного зв'язку елементів КДВЗГ; Фіг.2 - конфігурації кранів в положенні І; Фіг.3 - конфігурації кранів в положенні II. Фіг.1 та Фіг.2 є видом зверху на кришку циліндра парової машини. На Фіг.1 позначено: 1. Блок циліндрів ДВЗ; 2. Блок циліндрів ПМ; 3. Колін вал; 4. Розподільний вал з механічною передачею; 5. Газовий трубопровід; 6. Пароперегрівач; 7. Котел; 8. Паропровід; 9.Конденсатор; 10. Пристрій подачі повітря; 11. Насос високого тиску; 12. Муфта зчеплення; 13. Механічна передача; 14. Конденсатопровід; 15. Конденсатопровід; 16. Паропровід; 17. Паропровід; 18. Вихлопна труба На Фіг.2 та 3 позначено: 19 кран; 20 кран; 21 рукоятка управління; 22 рукоятка управління; 23 місткість; 24 отвір входу пари; 25 отвір виходу пари КДВЗГ складається з ДВЗ 1, блоку парової машини 2, - далі ПМ, - поршні через шатуни приводять в обертання колінчастий вал 3 загальний як для ДВЗ так і для ПМ. З колінчастим валом через механічну передачу зв'язаний розподільний вал, який управляє за допомогою кулачків відкриттям і закриттям клапанів циліндрів як ДВЗ так і ПМ. На кресленні стрілками показаний впуск повітря в циліндри ДВЗ. Вихід відпрацьованого газу здійснюється через газовий трубопровід 5. З газовим трубопроводом 5 безпосередньо на першому місці зв'язаний пароперегрівач 6 і на другому місці котел 7, від якого відхо 5 дить вихлопна труба 18. Пароперегрівач пов'язаний з впускним клапаном ПМ паропроводом 17. Випускний клапан ПМ зв'язаний паропроводом 8 з конденсатором 9, який продувається пристроєм подачі повітря 10. Конденсатор зв'язаний конденсатопроводом з насосом високого тиску 11, що працює через муфту зчеплення 12 і через механічну передачу 13 з валом 3. Насос 11 зв'язаний конденсатопроводом 14 з внутрішніми каналами блоку циліндрів і кришки ДВЗ 1. Канали блоку циліндрів 1 конденсатопроводом 15 пов'язані з паровим котлом 7 і далі паропроводом 16 з пароперегрівачем 6. Пароперегрівач 6 зв'язаний паропроводом 17 з впускним клапаном ПМ 2. Ланцюг замкнувся. КДВЗГ працює таким чином. Колінчастий вал 3 обертається під дією зусиль, що виникають від палива, що згоряє, і рухає поршні блоку циліндрів. Відпрацьовані гази з блоку циліндрів ДВЗ поступають в пароперегрівач і перегрівають пару, яка поступає в пароперегрівач з котла 7. Відповідно, відпрацьовані гази поступають в котел 7, випаровують там воду і йдуть в навколишнє середовище через вихлопну трубу 18 (можливо, до парової турбіни системи наддуву). Пара з пароперегрівача 6 по паропроводу 17 поступає в циліндр ПМ 2 через впускний клапан і примушує рухатися поршень ПМ і додатково підсилює обертаючий момент на валу 3. Відпрацьована пара поступає в конденсатор 9 по паропроводу 8, де пара конденсується, віддаючи тепло повітрю, що прокачується через конденсатор пристроєм подачі повітря 10. Далі за допомогою насоса 11 конденсат через конденсатопровод 14 поступає в канали блоку циліндрів ДВЗ і кришки, де одержує тепло від гарячих стінок блоку і нагрівається. Нагріта рідина після протікання через блок циліндрів і його кришку поступає через водопровід в котел 6, де випарюється. Пара з котла по паропроводу 16 поступає в пароперегрівач 17 і далі к ПМ, тобто на цьому цикл роботи завершується, щоб потім повторитися нескінченне число разів. Вище розглянутий випадок роботи КДВЗГ відноситься до номінального робочого режиму, але у нього є і перехідний режим, до якого відноситься пуск двигуна в роботу з холодного стану, коли пара номінального високого тиску і високої температури немає. В цьому випадку ДВЗ починає і продовжує працювати, але пристрій подачі повітря 10 через конденсатор повітря не продуває, насос високого тиску 11 не працює, оскільки муфта зчеплення 12 від'єднала його від валу 3. Поршень ПМ обертається на холостому ходу, що створює ненормативну ситуацію. Щоб цього уникнути, на час холостого ходу передбачено перемикання циліндра ПМ на спеціальну місткість. На Фіг.2 і 3 показані 2 варіанти перемикання циліндра ПМ на місткість. Пристрій перемикання роботи циліндра ПМ Фіг.2 та Фіг.3 - складається з двох кранів - 19 і 20 з рукоятками управління 21 і 22, місткості 23 і сполучних трубопроводів. Кружками на Фіг.2 і 3 відмічені отвори входу пари 24 в циліндр і виходу пари 25 з нього. Місткість 23 може мати форму, наприклад, закритого циліндра, встановленого на кришу циліндра парової машини. 87739 6 У номінальному робочому режимі крани встановлені в положенні І і вхідна пара поступає по стрілці в циліндр через отвір 24 і клапан управління подачі пари, що знаходиться за ним, (на креслені не показаний) а пара, що виходить з циліндра, через не показаний на креслені клапан виходу пари з циліндра через отвір 25 виходить до конденсатора. У положенні II рукоятки 21 і 22 переводяться вправо і дозволяють паровому середовищу з циліндра через отвір 25 поступати в місткість 23 (в цей час клапан впускання пари в циліндр закритий системою управління клапанами) при русі поршня вгору, що виштовхує пару з циліндра, а при русі поршня вниз пара з місткості 23 повертається в циліндр. Таким чином, при холостої роботі парового циліндра парове середовище, що міститься в ньому, переміщується між місткістю і циліндром без зіткнення із зовнішнім середовищем і засмоктування з неї повітря. Таким чином, на холостому ході поршень ПМ гоне по замкнутому колу порцію пари. При запуску ДВЗ і холодній воді в конденсаторі, каналах блоку циліндрів і кришки, відсутності тиску пари в котлі пристрій подачі повітря 10 не включений, муфта зчеплення 12 від'єднала насос 11 від валу 3, рукоятки кранів 21 і 22 знаходяться в положенні II. У міру роботи двигуна вода розігрівається, утворюється пара, тиск її і температура підвищуються. При досягненні парою номінального тиску включається пристрій подачі повітря 10, муфта зчеплення 12 переводить насос 11 в робочий режим, крани переводяться в положення І. Тим самим КДВЗГ переводиться у вищеописаний робочий режим. Вказане перемикання здійснюється автоматично системою управління режимом роботи КДВЗТ за свідченнями датчика тиску пари в паровому котлі. При зупинці ДВЗ система автоматичного управління режимом відключить пристрій подачі повітря 10 відразу після зупинки, а муфту зчеплення і крани переводить в положення II лише після падіння тиску пари в котлі нижче за номінальне. Проведені дослідження показали, що на двигунах потужністю 200 л.с, 2000об/хвн потужність вдалося підвищити при незмінній витраті палива на 40% у карбюраторних двигунах і на 31,5% у дизеля. При незмінній потужності у карбюраторного двигуна витрата палива падає на 29%, у дизеля на 19%, при цьому питома витрата матеріалів на одиницю потужності падає на 14% у карбюраторного двигуна і на 10% у дизеля і це не дивлячись на появу таких нових елементів як пароперегрівач і котел, при цьому ніяких нових матеріалів і засобів виробництва, що здорожують технологічний процес, не виникає. Винахід відповідає критерію новизни, оскільки прямо не витікає з сучасного рівня техніки [6], а саме про даний пристрій зведення у відомих джерелах відсутні. Винахід не є частиною рівня техніки, тому згідно п. 14.2.21 [7] воно відповідає критерію новизни. Винахід відповідає критерію винахідницького рівня, оскільки «якщо, не дивлячись на наявну 7 потребу протягом тривалого часу фахівці не могли знайти необхідного рішення, хоча були неодноразові невдалі спроби вирішити цю проблему» [8,9 с.56]. Крім того, винахід відповідає критерію винахідницького рівня, оскільки не виявлені рішення, які мають ознаки, співпадаючі з відрізняючими ознаками заявленого винаходу [7, п. 14.2.22]. Винахід відповідає критерію промислової придатності, оскільки його може бути використано в промисловості, на транспорті, сільським господарством і інших сферах діяльності [7, п.14.2.2], крім того КДВЗГ може бути виготовлений з відомих матеріалів і за відомими технологіями. Джерела інформації 1. Двигатели внутреннего сгорании. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Изд. 2-е. Коллектив авторов. М., «Машиностроение», 1970, 384 с. 2. Розанов В.Т. Трактор ДТ-54. М., Сельхозиздат, 1954, 328 с. 3. Двигатели внутреннего сгорания. Тепловые дизели и газотурбинные установки. Учебник. Симеон А.Д. и др. М., Транспорт, 1980, 384 с. 4. Справочник по судостроению под общ. ред. В.Л. Позднюка. Том X. Судовые силовые установ 87739 8 ки. М-Л., ОНТИ. Редакция судостроительной литературы. 1937, 627с. 5. Анохин В.И. Устройство автомобиля. Машиз. М., 1953, 651 с. 6. Интеллектуальная собственность: Основные материалы. Новосибирск: ВО «Наука». 1993 ч.1,190 с. 7. Правила проведения экспертизы заявки на изобретение и полезную модель. (Приказ Госпатента Украины от 09.03.1995 №44). 8. Богатых Е.А., Левченко В.И. Патентное право капиталистических и развивающихся государств. М.: Юрид. лит., 1978.-200 с. 9. Андрощук Г.О., Работягова Л.И. Патентне право: Правова охорона винаходів: навч. посібник.-К., МАУП, 1999-216 с. 10. Силовая установка. Патент Российской федерации RU2180048C2 класс 7F02G5/02. 11. Двухступенчатый двигатель. Патент Российской федерации RU2244841C2 классы 7F02G5/04, F01K23/00, F28B1/00. 12. Комбінований тепловий двигун. Заявка на патент UA а 2005 12342 МПК(2006) F02G5/00. 9 Комп’ютерна верстка М. Мацело 87739 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601