Силовая установка

(19) 111) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Э 15 Р Р 02 С 1/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(54)(57) 1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, преимущественно для транспортных .машин,содержащая свободнопоршневой двигатель с внешним подводом теплоты поменьшей мере с одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, отделяющим вцилиндре подпоршневуюи надпоршневую камеры, и поршнемвытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холоднуюполости, 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 магистралей высокого и низкого давления.и размещенные на послелних газовые аккумуляторы соответственно высокого и низкого давления, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения тягово-динамических и экономических характеристик, участки газовых магистралей вшсокого 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 нагревателяподключен к внешнему контуру подвода теплоты, а внешний контур дополнительного охладителя подключен к внешнему контуру отвода теплоты.2. Установка по п, 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что она снабже на дополнительными газовыми магистралями, связывающими газовые аккумуляторы с холодной полостью надпоршне вой камеры двигателя.Изобретение относится к двигатепестроению, в частности к транспортным двигателям.Известна силовая установка, содержащая тепловой двигатель и приводя щий 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 11.Недостатками такой установки являются сложность и необходимость 15 применения отдельного компрессора, что снижает надежность устройства и не обеспечивает высокие тягово-динамические характеристики.Известна также силовая установка, 20 преимущественно для транспортных машин, содержащая свободнопоршневой двигатель .с внешним подводом теплоты с по меньшей мере одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, 25 отделяющим в цилиндре надпоршневую и подпоршневую камеры, и поршнемвытеснителем, разделяющим подпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщенные через нагрева тель, 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 2 1. 40Недостатками известной силовойустановки является умеренные тяговодинамические характеристики и низкая топливная экономичность, вызванные большой инерционностью газовойсистемы. Кроме того установка характеризуется регенерацией тепловойэнергии, невозможностью использованиеэнергии торможения транспортной машины, а также сложностью регулирова"ния двигателя с внешним подводомтеплоты,УЦель изобретения в ,улучшение тягово-динамических и экономических характеристик. 55Указанная цель достигается тем,что в силовой установке, преимущественно для транспортных машин, садержащей свободно-поршневой двигатель с внешним подводом теплоты с по меньшей мере одним цилиндром, размещенным в нем рабочим поршнем, отделяющим в цилиндре подпоршневую и над поршневую камеру, и поршнем-вытеснителем, разделяющим надпоршневую камеру на горячую и холодную полости, сообщенные через нагреватель, связанный с внешним контуром подвода теплотырегенератор 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 магистралей высокого и низкого давления, расположенные между газовыми аккумуляторами и расширительной машиной, снабжены соответственно дополнительными нагревателем и охладителем, расширитель" ная машина выполнена объемного типа с регулируемым газораспределением, причем внешний контур дополнительного нагревателя подключен к внешнемуконтуру подвода теплоты, а внешнийконтур дополнительного охладителяподключен к внешнему контуру отводатеплоты. Силовая установка может быть снабжена дополнительными газовыми магистралями, связывающими газовыеаккумуляторы с холодной полостью надпоршневой камеры двигателя,На чертеже представлена принципиальная схема силовой установки.Силовая установка содержит свободнопоршневой двигатель 1 с внешнимподводом теплоты с по меньшей мере.одним цилиндром 2, размещенным внем рабочим поршнем 3, отделяющимв цилиндре 2 надпоршневую и подпоршневую камеры 4 и 5 соответственно,и поршнем-вытеснителем б, разделяющим надпоршневую камеру 4 на горячуюи холодную полости 7 и 8 соответственно, сообщенные через нагреватель 9,связанный с внешним контуром 10подвода теплоты, регенератор 11 иохладитель 12, связанный внешнимконтуром 13 отвода теплоты, расширительную машину 14, связанную с подпоршневой камерой 5 при помощи газовых магистралей 15 и 1 б высокогои низкого давления, и размещенные11135на последних газовые аккумуляторы 17 и 18 соответственно высокого и низкого давления. Участки газовых магистралей 19 и 20 высокого и низкого давлейия, соответственно, расположенные между газовыми аккумуляторами 17 и 18 и расширительной машиной 14, снабжены соответственно дополнительными нагревателем 21 и охладителем 22, расширительная машина 14 выполнена 1 О объемного типа с регулируемым газо- распределителем, причем внешний кон. тур дополнительного нагревателя 21 подключен к внешнему контуру 10 подвода теплоты, а внешний контур допол нительного охладителя 22 подключен к внешнему контуру 13 отвода теплоты. Установка снабжена дополнительными газовыми магистралями 23, связывающими газовые аккумуляторы 17 20 и 18 с холодной полостью 8 надпоршневой камеры 4 двигателя. Свободнопоршневой двигатель с внешним подводом теплоты содержит также синхронизирующий механизм 24. В подпоршневой 25 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 воз- ЗО духа 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 охладитель 12 с охладителем 22.40Расширительная глашина 1 Ф выполнена объемного типа с регулируемымивпускным 37 к выпускным 38 органами.1 На газовых магистралях 23 установле"ны регулируемые запорные органы 39 45 и 40.Силовая установка работает сле ующим образом.На режиме максимальной мощности при движении вверх рабочего поршня 3 50 открывается впускной клапан 26. Вподпоршневую камеру 5 всасываетсягаз из газового аккумулятора 18 низкого давления. При движении рабочего ,поршня 3 вниз газ, находящийся в ка мере 5, сжимается и через выпускнойклапан 25 по магистрали 15 нагнетается в газовый аккумулятор 17 высокого 82 4давления. Вся эффективная мощность двигателя с учетом потерь на трение к привод вспомогательных механизмов преобразуется в энергию сжатого газа.Газ высокого давления после газового аккумулятора 17 нагревается в газовом рекуперативном нагревателе 21 и по магистрали 19 через регулируемый впускной орган 37 поступает в расширительную машину 14, после чего регулируемый выпускной орган 38, магистраль 20, водяной рекуперативный охладитель, газовый аккумулятор 18 низкого давления, магистраль 16 и впускной клапан 26 попадает в подпоршневую полость .5,В системе охлаждения вода или другая охлаждающая жидкость насосом Ф5 прокачивается последовательно через охладители 12 и 22 и радиатор 34. В камеру 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 9 по 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 тягово-,динамической характеристикой. Так как расширительная машина 14 имеет регулируемое и обратимое газораспределенке, 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,в камеру 27 горения. часть газа черезмагистраль 23 и регулируемый запорный орган 40 попадает в магистраль16 и через впускной клапан 26 в каме 5 ру 5,Экономическая эффективность применения предлагаемой силовой установкиопределяется прежде всего бесступенчатой тяговой характеристикой и возможностью кратковременного формирования на режимах разгона, благодарячему улучшаются тяговые и динамические качества транспортной машины, атакже повышается ее.средняя скоростьдвижения, проходимость и путевая топливная экономичность,выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась рекуперация энергии торможения транспортной машины, а энергоемкость газового аккумулятора 18 низкого 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 свободнопоршневого двигателя с внешним подводом 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 поршнем 3. При снижении мощности одновременно с уменьшением подачи топлива Высокая топливная экономичность предлагаемой силовой установки является также следствием стабилизации режимов работы двигателя, регенерации тепловой энергии отходящих газов " и особенно рекуперации энергии торможения транспортной машины.111 13582 ставитель С.Амандыковхред И .Надь Корректор С,Черн Редактор Л.Пчелинска Заказ 6548/2 Тираж 523 НИИПИ Государстве по делам изобрет 13035, Москва, Ж Подписномитета СССР н нии и открытии5, Раушская наб., д иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна