Двухконтурный двигатель
Изобретение относится к симбиозу двигателей внутреннего сгорания и паровой машины. Двухконтурный двигатель внутреннего сгорания содержит силовой блок, рубашка охлаждения которого выполнена в виде парового котла, при этом конденсация пара осуществляется радиатором, причем радиатор выполнен в виде установленных с зазором пар пластин, по периметру которых выполнены канавки с отверстиями для сбора конденсата. На валу двигателя установлен дополнительный силовой блок, запитанный паром от рубашки охлаждения. Пар впрыскивается в цилиндры основного блока на дополнительном такте или на такте рабочего хода в момент сгорания топлива. Изобретение обеспечивает повышение КПД двигателя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к симбиозу двигателей внутреннего сгорания /ДВС/ и паровой машины.
Известен автомобильный ДВС, содержащий цилиндропоршневую группу, картер с коленчатым валом, систему подачи топливовоздушной смеси и систему охлаждения, включающий паровой котел и радиатор /патент США №4622925 Р 01 Р 3/22 1986/.
Однако КПД прототипа не превышает 30-40%.
Цель изобретения - повышение КПД работы двигателя, которая достигается тем, что рубашка охлаждения блока цилиндров выполнена в виде парового котла, выход из которого может быть подключен к дополнительной цилиндропоршневой группе силовой установки с исходным коленчатым валом. При этом конденсация пара на выходе дополнительной силовой установки осуществляется установленными с зазорами парами пластин, по периметру которых выполнены канавки с отверстиями для сбора конденсата. Вместо использования дополнительного силового блока, пар из системы охлаждения может подаваться на цилиндры основной поршневой группы на дополнительном рабочем ходе, а утилизироваться в паровой котел на дополнительном обратном ходе. Впрыск пара из рубашки охлаждения в основной силовой блок может так же осуществляться на такте рабочего хода в момент сгорания топлива.
Предложенное устройство поясняется фиг.1, на фиг.2 и 3 показаны пластины для сбора конденсата пара. Цифрами показаны: 1 - цилиндропоршневая группа ДВС, 2 - паровой котел, 3 - дополнительная цилиндропоршневая группа паровой машины, 4 - общий картер с коленчатым валом 5, 6 - две пары пластин с канавками 7 и отверстиями для сбора конденсата 8, 9 - насос. На валу двигателя установлен дополнительный силовой блок, запитанный паром от рубашки охлаждения.
Двухконтурный двигатель работает следующим образом. Цилиндропоршневая группа 1 нагревает паровой котел 2. Пар из котла поступает в дополнительную цилиндропоршневую группу паровой машины 3, где тепловая энергия перегретого пара осуществляет работу по вращению коленчатого вала 5. Остывший при расширении пар конденсируется, проходя между пластинами 6 с канавками 7, после чего конденсат насосом 9 возвращается в паровой котел.
Необходимо отметить, что из-за малости зазора /Δх/ между пластинами, скорость конденсации V велика, несмотря на то, что разность температур /ΔТ/ пара и стенок пластины несущественная 
Поэтому такого рода теплообменник можно использовать в качестве радиатора для обычных ДВС.
В случае если в блоке цилиндров 1 двухконтурного двигателя конструктивно не допускается предложенный режим работы, температуру кипения перегретого пара можно понизить, используя в качестве теплоносителя, например, обычный спирт.
В случае работы основного блока исходно, например, в четырехтактном режиме, после окончания четвертого такта /продувка цилиндра/ открывается дополнительный клапан и осуществляется пятый /рабочий/ ход поршня за счет подачи пара из парового котла. На следующем шестом ходе поршня вверх остывший пар через второй дополнительный клапан подается на пластины 6 системы охлаждения. Т.е. двухконтурный двигатель может работать в шеститактном режиме /четыре такта ДВС плюс два такта паровой машины/. В общем случае порядок и количество основных и дополнительных тактов работы двухконтурного двигателя не ограничивается.
Предложенный двигатель может работать как без дополнительного силового блока, так и без увеличения тактов основного блока. В связи с тем, что впрыск воды в районе верхней мертвой точки /см. патенты RU №№2002083 и 2007593/ не приносит существенного возрастания КПД /за время рабочего хода поршня вода не успевает превратиться в пар высокого давления/, впрыск воды в районе верхней мертвой точки в момент максимальной температуры горения газовоздушной смеси целесообразно осуществлять в виде пара, заранее приготовленного паровым котлом рубашки охлаждения ДВС без нарушения порядка тактов двигателя. В этом случае паровой котел подпитывается водой из дополнительного бака.
Необходимо отметить, что двухконтурный двигатель может иметь силовые блоки не поршневые, а, например, турбины и т.д.
1. Двухконтурный двигатель внутреннего сгорания, содержащий силовой блок, рубашка охлаждения которого выполнена в виде парового котла, при этом конденсация пара осуществляется радиатором, отличающийся тем, что радиатор выполнен в виде установленных с зазором пар пластин, по периметру которых выполнены канавки с отверстиями для сбора конденсата.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на валу двигателя установлен дополнительный силовой блок, запитанный паром от рубашки охлаждения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пар от рубашки охлаждения впрыскивается в цилиндры основного силового блока на дополнительном такте.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пар от рубашки охлаждения впрыскивается в цилиндры основного силового блока на такте рабочего хода в момент сгорания топлива.
