Способ работы комбинированного двигателя и его устройство с двухфазным рабочим телом

Способ работы комбинированного двигателя и его устройство с двухфазным рабочим телом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для повышения их КПД, улучшения их топливной экономичности, снижения вредных выбросов в атмосферу, а также повышения их надежности.

Известны способ работы и устройство комбинированного двигателя внутреннего сгорания с газопаровым рабочим телом (патент RU 2242628, кл. F02G 5/04). Устройство комбинированного двигателя состоит из поршневого двигателя, соединенного механической или гидродинамической связью с расширительной машиной, куда подается пар из аккумулятора пара. Пар генерируется в парогенераторе благодаря утилизации теплоты продуктов сгорания, охлаждающей жидкости и масла и накапливается в аккумуляторе пара. Вода для подачи ее в парогенератор выделяется из продуктов сгорания в конденсаторе в результате их охлаждения холодной водой и повышению в нем давления нагнетателем выпускных газов, который приводится поршневым двигателем через механическую или гидродинамическую связь, связанную электросвязью с пультом управления. Охлажденные и сжатые продукты сгорания в конденсаторе срабатывают в турбодетандере (турбине), который приводит электрогенератор через механическую или гидродинамическую связь, связанную с пультом управления. Отделяются капли воды во влагоотделителе из продуктов сгорания благодаря их охлаждению в турбодетандере (турбине) в результате расширения. Образовавшийся конденсат в конденсаторе и влагоотделителе собирается в аккумуляторе горячей и холодной воды соответственно. Охлаждающую жидкость и масло нагревают или охлаждают водой в аккумуляторе горячей воды, в зависимости от их температуры. Воздух в поршневой двигатель подается через контактно-поверхностный воздухоохладитель компрессором, который соединен с поршневым двигателем или турбодетандером (турбиной) через механическую или гидродинамическую связь, соединенную электросвязью с пультом управления. Пульт управления осуществляет прогрев, пуск, управление работой двигателя, а также регулирование коэффициента избытка воздуха, близкого к единице, температуры конденсации водяных паров в конденсаторе, максимальной температуры газов в цилиндрах, температуры воздуха, поступающего в поршневой двигатель, и др. параметров.

Недостатками этого способа и устройства являются сложность, большие размеры и масса, трудоемкость изготовления, высокая стоимость, недостаточная надежность работы при очень низких температурах наружного воздуха.

Наиболее близким к заявленному способу работы и устройству комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания является по технической сущности и достигаемому результату способ работы и устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания с газопаровым рабочим телом (патент РФ 2232913, кл. F02G 5/04, F01K 23/14, F02B 47/02, 75/10), выбранный в качестве прототипа.

Изобретение включает поршневой двигатель внутреннего сгорания, конденсатор, устройства охлаждения продуктов сгорания, распылители воды, установленные во впускной системе и подключенные к емкости с водой водопроводами через регулятор расхода и водяной насос. Вдоль выпускной системы последовательно по ходу движения газов расположены парогенератор, совмещенный с выпускным коллектором, контактный конденсатор, турбодетандер (турбина) или винтовая расширительная машина, соединенные механической связью с электрогенератором, и влагоотделитель. Вдоль впускной системы последовательно по ходу движения воздуха расположены воздушный фильтр, компрессор, контактный воздухоохладитель и впускной коллектор. При этом, поддон влагоотделителя подключен водопроводом к холодной части аккумулятора воды, поддоны контактных конденсатора и воздухоохладителя соединены водопроводами с горячей частью аккумулятора воды, парогенератор подключен подводящим водопроводом к горячей части аккумулятора воды и отводящим паропроводом с аккумулятором пара, от которого отведены паропроводы к турбине или винтовой расширительной машине, соединенные механической связью с компрессором.

Основными недостатками этого прототипа являются сложность, большие размеры и масса, а также недостаточно высокий КПД, который должен ограничиваться действиями первого и второго законов термодинамики.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя до уровня, ограничиваемого действиями первого и второго законов термодинамики, уменьшение размеров, массы и стоимости двигателя до уровней существующих бензиновых и дизельных двигателей с турбонаддувом, а также значительное упрощение конструкции по сравнению с прототипом.

Поставленная задача решается тем, что в способе работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом подают воздух компрессором во впускные воздухопровод и коллектор, его охлаждают распыливанием холодной воды, охлаждают продукты сгорания последовательно в парогенераторе, совмещенном с выпускным коллектором, экономайзере и контактном конденсаторе, а затем их расширяют в турбодетандере (турбине), отделяют капли воды в контактном конденсаторе и турбодетандере (турбине) при расширении продуктов сгорания, подают холодную воду в контактный конденсатор для охлаждения продуктов сгорания и в систему впуска для охлаждения наддувочного воздуха, подают пар в расширительную машину из парогенератора, отдают теплоту из масла системы смазки нагреваемой воде в водораспределительном устройстве горячей воды через поверхностный теплообменник, а также из воды системы охлаждения тоже нагреваемой воде путем их перемешивания, устанавливают в контактном конденсаторе величину давления газов их дросселированием перед рабочим колесом турбодетандера (турбины) в зависимости от температуры наружного воздуха. По этому установленному давлению охлаждают продукты сгорания в конденсаторе распыливанием холодной воды из водораспределительного устройства холодной воды до температуры конденсации водяных паров, чтобы затем можно было выделенный конденсат из продуктов сгорания охладить в радиаторе наружным воздухом, причем сжигают топливо в камерах сгорания при коэффициенте избытка воздуха 1,0÷1,1 в двигателях с принудительным воспламенением или при коэффициенте избытка воздуха больше 1,1 в двигателях с самовоспламенением от сжатия, изменением количества подаваемого топлива и содержания кислорода в продуктах сгорания. Кроме того, воду из конденсатора подают в среднюю часть водораспределительного устройства горячей воды под давлением газов в этом конденсаторе в количестве, необходимом для охлаждения масла системы смазки в поверхностном теплообменнике и охлаждающей воды в системе охлаждения путем ее перемешивания с водой в этом водораспределительном устройстве, а также повышения температуры питательной воды, подаваемой питательным насосом, при этом регулируют количество конденсата, поступающего в среднюю часть водораспределительного устройства горячей воды, запорнорегулирующим устройством с пульта управления. Кроме того, нагретую воду из нижней части водораспределительного устройства горячей воды подают под давлением газов в конденсаторе по водопроводу в водораспределительное устройство холодной воды, где ее охлаждают циркуляцией насосом через радиатор, обдуваемый наружным воздухом вентилятором, при этом регулируют с пульта управления температуру холодной воды в водораспределительном устройстве холодной воды путем изменения расхода воды через этот радиатор запорнорегулирующим устройством и изменением частоты вращения вентилятора, обдувающего этот радиатор. Причем, подают воздух во впускной коллектор по воздухопроводу компрессором, соединенным с турбодетандером (турбиной), охлаждают этот воздух изменением количества и средних размеров капель распыливаемой воды в этом воздухе, при этом количество распыливаемой воды во впускном коллекторе регулируют запорнорегулирующим устройством, а средние размеры капель - воздействием на распылитель с пульта управления, в зависимости от нагрузки двигателя, температуры воздуха во впускных патрубках, а также максимальной температуры сгорания в цилиндрах. Кроме того, количество распыливаемой воды и средние размеры образующихся капель во впускном коллекторе регулируют насосом, управляемым с пульта управления. Повышают степень сжатия до такого уровня, при котором эффективный КПД становится наибольшим, при этом возникающую детонацию в двигателе с принудительным воспламенением подавляют изменением угла опережения зажигания. Подогретую питательную воду подают питательным насосом в экономайзер, а затем в парогенератор из средней части водораспределительного устройства горячей воды, а образовавшийся пар - в паровую расширительную машину, соединенную с поршневым двигателем, при этом регулируют с пульта управления давление пара изменением давления подачи питательного насоса, а температуру пара - изменением количества подаваемой питательной воды запорнорегулирующим устройством с пульта управления. Кроме того, образовавшийся пар подают в цилиндр(ы) из парогенератора или парораспределительного устройства через проходное(ые) сечение(я) впускного(ых) парового(ых) клапана(ов) в один или несколько цилиндров, в зависимости от количества образующегося пара, при их открытии в верхней (внутренней) мертвой точке и закрытии при таком наполнении цилиндра(ов) свежим паром, при котором работа, совершаемая комбинированным двигателем за цикл, становится наибольшей при известных оптимальных фазах газораспределения парового(ых) выпускного(ых) клапана(ов), при этом отработавший пар направляют в конденсатор по паропроводу через обратный клапан, по которому пар не может поступить обратно в паровой(ые) цилиндр(ы) из конденсатора. Причем, впуск пара, рабочий ход поршня(ей) и предварительный выпуск пара в цилиндре(ах) осуществляется в один ход поршня(ей) при его(их) движении к нижней (наружной) мертвой точке, а принудительный выпуск происходит при его(их) движении к верхней (внутренней) мертвой точке, при этом угол опережения открытия выпускного(ых) клапана(ов) происходит в тот момент, когда давление пара в цилиндре(ах) сравнивается с давлением пара в конденсаторе, а угол его(их) запаздывания закрытия производится в верхней (внутренней) мертвой точке. Температуру пара на частичных малых нагрузках, поступающего в расширительную машину или паровой(ые) цилиндр(ы), регулируют путем его двукратной или многократной циркуляции питательным насосом через экономайзер и парогенератор, парораспределительное устройство и первое запорное устройство при закрытом проходном сечении второго запорного устройства и открытом в нем отверстии, пропускающем пар в паровую расширительную машину для снижения в нем газодинамических потерь, после установления в парораспределительном устройстве требуемой температуры пара его циркуляцию через первое запорное устройство прекращают с логического устройства, а подают этот пар через открытое второе запорное устройство из парораспределительного устройства в паровую расширительную машину. Кроме того, воду из верхней части водораспределительного устройства холодной воды со скопившимися там углеводородами подают на охлаждение воздуха в распылитель, расположенный во впускном воздухопроводе, при этом распыленная вода в воздухе вместе с углеводородами попадает в цилиндр(ы) при наполнении, где углеводороды сгорают при горении топлива в камере(ах) сгорания. Перед началом работы замеряют рН раствора горячей воды в водораспределительном устройстве горячей воды, если это рН оказывается ниже 11-12 единиц, то через пробку добавляют в пароводяную смесь раствор аммиака для нейтрализации токсичных веществ, образующихся, в основном, на поверхностях струй и капель воды в конденсаторе, снижения вредных выбросов с продуктаами сгорания, а также исключения коррозии оборудования. Кроме того, в двигателе без традиционной системы охлаждения отдают теплоту из масла системы смазки через разделяющие стенки теплообменника в водораспределительном устройстве горячей воды, охлаждают рабочее тело распыливанием холодной воды с определенными средними размерами капель и в необходимом количестве. Причем, подают горячий теплоноситель к потребителю теплоты из нижней части водораспределительного устройства горячей воды, а сливают охлажденный теплоноситель из этого потребителя в водораспределительное устройство холодной воды, а регулируют количество подаваемой теплоты этому потребителю с пульта управления путем изменения количества теплоносителя, поступающего к этому потребителю через запорнорегулирующее устройство. Кроме того, сливают образовавшийся конденсат из конденсатосборника турбодетандера (турбины) в резервуарную емкость, затем используют его для заполнения водораспределительного устройства горячей воды при снижении в нем уровня воды ниже допустимого значения. Заполняют водой систему двухфазной подачи воды и пара через пробку, расположенную в верхней части водораспределительного устройства горячей воды до контрольного уровня, а спускают ее по трубке через запорное устройство, расположенное в нижней части этого водораспределительного устройства.

Поставленная цель в устройстве комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом достигается тем, что содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания, соединенный с паровой расширительной машиной, экономайзер и парогенератор, конденсатор и турбодетандер (турбину), расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, а также компрессор, подключенный к цилиндрам через впускные воздухопровод и коллектор, соединенный с турбодетандером (турбиной), который имеет регулирующее устройство, а также конденсатосборник для сбора и слива конденсата в резервуарную емкость. Кроме того, система двухфазной подачи воды и пара содержит водораспределительное устройство горячей воды, поделенное верхней и нижней перегородками на три части, в средней части которого располагается теплообменник с разделительными стенками, через которые передается теплота от масла системы смазки горячей воде, здесь находится зона смешения воды системы охлаждения двигателя с горячей водой водораспределительного устройства, а также располагаются места для забора подогретой питательной воды и слива части конденсата из конденсатора по водопроводу. В верхней части водораспределительного устройства горячей воды расположен датчик уровня воды, соединенный электросвязью с пультом управления. На верхней крышке этого устройства установлены паровоздушный клапан и пробка для залива воды и раствора аммиака, а на нижней крышке - трубка для слива воды с установленным на нем запорным устройством. Средняя и нижняя части водораспределительного устройства горячей воды соединены с конденсатором водопроводами, при этом, на подводящем водопроводе к средней части этого устройства расположено запорнорегулирующее устройство, соединенное электросвязью с датчиком температуры питательной воды через пульт управления. Водораспределительное устройство горячей и холодной воды соединены между собой через потребитель теплоты подающим и обратным теплопроводами, при этом, на подающем теплопроводе расположено запорнорегулирующее устройство количества подаваемого теплоносителя, которое связано с пультом управления электросвязью. На водопроводе, соединяющем среднюю часть водораспределительного устройства горячей воды с экономайзером или сразу с парогенератором, установлены питательный насос с регулирующим давление клапаном, а также запорнорегулирующее устройство количества подаваемой питательной воды в экономайзер, связанное электросвязью с пультом управления. Водораспределительное устройство холодной воды связано с распылителем воды во впускном воздуховоде водопроводом, на котором расположен насос с регулируемыми подачей воды и давления впрыска, который соединен электросвязью с пультом управления. Это водораспределительное устройство холодной воды связано еще подающим и обратным водопроводами с радиатором, обдуваемым холодным воздухом под действием вентилятора, при этом на подающем водопроводе располагается насос с регулирующим давление клапаном, а также запорнорегулирующее устройство расхода теплоносителя, связанные электросвязями с пультом управления. Кроме того, для повышения температуры пара на частичных нагрузках поршневого двигателя образован замкнутый циркуляционный контур под действием питательного насоса через экономайзер и парогенератор, парораспределительное устройство и первое запорное устройство, связанное с логическим устройством электросвязью, для работы в нормальном режиме предусмотрен паропровод, соединяющий это парораспределительное устройство с паровой расширительной машиной, на котором установлено второе запорное устройство, связанное с логическим устройством электросвязью, имеющее отверстие для уменьшения в нем газодинамических потерь. Кроме того, один или несколько цилиндров двигателя отключены от впускного и выпускного коллекторов, к впускному(ым) отверстию(ям) цилиндра(ов) подключен(ы) паропровод(ы) от парогенератора или парораспределительного устройства, а выпускное(ые) отверстие(я) цилиндра(ов) соединено(ы) паропроводом(ами) с конденсатором, на котором(ых) со стороны конденсатора установлен обратный(ые) клапан(ы), предотвращающий(ие) обратную подачу пара в цилиндр(ы), при этом кулачки газораспределительного механизма этого(их) цилиндра(ов) открывают впускной(ые) клапан(ы) в верхней (внутренней) мертвой точке, а закрывается(ются) после наполнения цилиндра(ов) свежим паром, выпускной(ые) клапан(ы) открывается(ются) при одинаковом давлении пара в конденсаторе цилиндре(ах). Причем, объем между головкой(ами) [крышкой(ами)] цилиндра(ов) и поршнем(ями) в цилиндре(ах) при положении поршня(ей) в верхней (внутренней) мертвой точке устанавливается таким, чтобы эффективный КПД комбинированного двигателя был наибольшим. Объем камеры сгорания в газовых цилиндрах с принудительным воспламенением топлива устанавливается таким, чтобы эффективный КПД комбинированного двигателя был наибольшим и отсутствовала детонация в цилиндре(ах) благодаря распыливанию воды с необходимым средним размером капель в требуемом количестве во впускном воздухопроводе или коллекторе и нагреву ее до температуры кипения для охлаждения воздуха, нагревающегося при сжатиях как в компрессоре, так и цилиндрах, а также охлаждению продуктов сгорания около верхней (внутренней) мертвой точки, испарением капель воды, нагретой до температуры кипения. Верхний уровень воды в водораспределительном устройстве горячей воды располагается выше всех уровней в других емкостях системы двухфазной подачи воды и пара комбинированного двигателя, нижний уровень воды в этом устройстве находится ниже всех нижних уровней воды в емкостях этой системы, при этом диаметр водораспределительного устройства горячей воды подбирается таким, чтобы скорость движения воды из средней части этого устройства в нижнюю часть была выше скорости всплывания углеводородов. Эта скорость будет выше при наибольшей концентрации углеводородов в холодной воде, подаваемой по трубопроводу на распыливание в воздух, поступающий в цилиндры. Водораспределительное устройство холодной воды в верхней ее части имеет форму конуса, куда всплывают и где собираются углеводороды для их забора и подачи в камеры сгорания вместе с распыленной водой в воздухе по воздухопроводу и впускному коллектору для сжигания. При этом, пульт управления связан электросвязями с датчиками температуры наружного воздуха и воздуха во впускном воздухопроводе, газов в конденсаторе и цилиндре, горячей и холодной воды в водораспределительных устройствах, пара, поступающего в расширительную машину или в паровой(ые) цилиндр(ы), пара в парораспределительном устройстве, окружающей среды в месте расположения потребителей теплоты, с датчиками давления воздуха на входе во впускной коллектор, продуктов сгорания и пара в конденсаторе, питательной воды, подаваемой питательным насосом, с датчиком уровня воды в водораспределительном устройстве горячей воды, с датчиком содержания кислорода в выпускных газах, которые служат для управления системой двухфазной подачи воды и пара, а также комбинированным двигателем через исполнительные механизмы.

На фиг.1, 2 и 3 показаны возможные варианты устройства и работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом. На фиг.1 изображена схема устройства и работы этого двигателя, в котором базовым оборудованием служат поршневой двигатель внутреннего сгорания и паровая расширительная машина. На фиг.2 показана схема устройства и работы циркуляционного контура, повышающего температуру пара на малых частичных нагрузках, поступающего в паровую расширительную машину или паровой(ые) цилиндр(ы). На фиг.3 изображена схема устройства и работы комбинированного двигателя, в котором один из цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания подключен к парогенератору для работы на паре.

Устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 (фиг.1), соединенный с расширительной машиной 2. Парогенератор 3, экономайзер 4, конденсатор 5 и турбодетандер (турбина) 6, расположенные последовательно вдоль выпускных газопроводов 7 и 8, которые соединены газовой связью с цилиндрами 8 этого двигателя. Экономайзер 4 и парогенератор 3 могут быть объединены в один парогенератор, если есть место для его расположения вместо выпускного коллектора в отсеке двигателя. Компрессор 9 подключен к цилиндрам через впускные воздухопровод 10 и коллектор 11 и соединен с турбодетандером (турбиной) 6, который оснащен регулирующим дросселирующим устройством 12, а также конденсатосборником для сбора и слива конденсата в резервуарную емкость 13. Система с двухфазной подачей воды и пара содержит водораспределительное устройство горячей воды 14, поделенное верхней 15 и нижней 16 перегородками на три части. В средней части этого устройства расположен теплообменник 17 с разделительными стенками, через которые передается теплота от масла системы смазки горячей воде. Здесь также располагается зона смешения воды традиционной системы охлаждения двигателя с горячей водой водораспределительного устройства, а также находятся места забора подогретой питательной воды и слива части конденсата из конденсатора 5 по водопроводу 18. В верхней части водораспределительного устройства горячей воды расположен датчик уровня воды 19, соединенный электросвязью с пультом управления 20. На верхней крышке 21 этого устройства установлены паровоздушный клапан 22 и пробка 23 для залива воды и раствора аммиака, а на нижней крышке 24 трубка 25 с запорным устройством 26 для слива воды, связанным электросвязью с пультом управления 20. Средняя часть водораспределительного устройства горячей воды соединена водопроводом 18 с конденсатором 5 через запорнорегулирующее устройство 28, соединенное электросвязью с датчиком температуры питательной воды 29 через пульт управления 20. Верхний уровень воды в водораспределительном устройстве горячей воды располагается выше всех уровней в других емкостях системы двухфазной подачи воды и пара комбинированного двигателя. Нижний уровень воды в этом устройстве находится ниже всех нижних уровней воды в емкостях этой системы. Если в качестве базового двигателя применяется бензиновый двигатель без традиционной системы охлаждения, то зона смешения воды с различной температурой в средней части воздухораспределительного устройства горячей воды отсутствует. Скорость движения воды из средней части водораспределительного устройства в нижнюю зависит от проходного сечения нижней перфорированной перегородки 16. Чем меньше сечение этой перегородки, тем выше скорость движения воды из средней части в нижнюю и наоборот. Сечение этой перегородки (диаметр) такое, что скорость движения этой воды выше скорости всплывания углеводородов. При этом углеводороды уносятся с водой в водораспределительное устройство холодной воды, где всплывают наверх, а содержание их там становится наибольшим. Водораспределительные устройства горячей и холодной воды 14 и 30 (фиг.2) соединены между собой через потребитель теплоты 31 подающим 32 и обратным 33 теплопроводами, при этом на подающем теплопроводе 32 расположено запорнорегулирующее устройство 34 количества подаваемого теплоносителя, которое связано электросвязью с пультом управления. Водораспределительное устройство холодной воды 30 (фиг.1) в верхней ее части имеет форму конуса, куда всплывают и где собираются углеводороды для их забора и подачи в цилиндры 8 по водопроводу 35 и впускному коллектору 11 для сжигания. На теплопроводе 36 (фиг.2), соединяющем среднюю часть водораспределительного устройства горячей воды 14 с экономайзером 4, установлен обратный клапан 37, питательный насос 38 с регулирующим давление клапаном 39, а также устройство 40, регулирующее количество подаваемой питательной воды в экономайзер 4 и парогенератор 3. Водораспределительное устройство холодной воды 30 (фиг.1) связано с распылителем 41 конденсатора 5 водопроводом 42, на котором расположен насос 43 и запорнорегулирующее устройство 44 количества подаваемой воды на распыливание в конденсатор 5, связанное электросвязью с пультом управления 20. Это водораспределительное устройство связано еще с распылителем воды 45 во впускном воздухе водопроводом 35, на котором расположен насос 46, регулирующий подачу воды, а также давление впрыскивания через пульт управления 20. Конструкция распылителя 45 оснащена устройством для регулирования качества распыливания и связана электросвязью с пультом управления 20, при этом регулируемая подача осуществляется насосом 46 через пульт управления. Водораспределительное устройство холодной воды 30 связано подающим 47 и обратным 48 теплопроводами с радиатором 49, обдуваемым холодным воздухом вентилятором 50, при этом на подающем водопроводе располагается насос 51 с регулирующим давление клапаном, а также запорнорегулирующее устройство расхода теплоносителя 52, связанные электросвязью с пультом управления 20. Для повышения температуры пара на частичных нагрузках, подаваемого в паровую расширительную машину, образован замкнутый циркуляционный контур под действием питательного насоса 38 (фиг.2) через запорнорегулирующее устройство 40, экономайзер 4 и парогенератор 3, парораспределительное устройство 53 и первое запорное устройство 54, связанное с логическим устройством 55. Для работы в нормальном режиме предусмотрен паропровод 56, соединяющий это парораспределительное устройство с паровой расширительной машиной 2, на котором установлено второе запорное устройство 57, связанное электросвязью с логическим устройством 55 и имеющее отверстие с клапаном или без него. Это устройство открывается и закрывается с логического устройства 55, в зависимости от режима работы комбинированного двигателя. Отверстие с клапаном или без него введено с целью уменьшения газодинамических потерь в паровой расширительной машине при движении пара по циркуляционному контуру.

Для работы без паровой расширительной машины один цилиндр 8 (фиг.3) или несколько двигателя 1 отключены от впускного 11 и выпускного 3 коллекторов, к впускному(ым) отверстию(ям) цилиндра(ов) подключен паропровод(ы) 58 от парогенератора 3 или парораспределительного устройства 53 (фиг.2), а выпускное(ые) отверстие(я) цилиндра(ов) соединено(ы) паропроводом(ами) 59 (фиг.3) с конденсатором 5, при этом на конце(ах) трубопровода(ов) 59 со стороны конденсатора 5 установлены обратный(е) клапан(ы) 60, предотвращающий(е) подачу пара в цилиндр(ы), при этом кулачки газораспределительного механизма этого(их) цилиндра(ов) имеют такие размеры, при которых выпускной(ые) паровой(ые) клапан(ы) открывается(ются) в верхней (внутренней) мертвой точке, а закрывается(ются) после наполнения цилиндра(ов) свежим паром, выпускной(ые) паровой(ые) клапан(ы) открывается(ются) при таком давлении пара в цилинре(ах) 8, большем или равном, чем в конденсаторе 5, при котором работа выталкивания пара при движении поршня(ей) к верхней (внутренней) мертвой точке и закрытии там выпускного(ых) клапана(ов) становится наименьшей, а эффективный КПД комбинированного двигателя - наибольшим. Объем между головкой(ами) [крышкой(ами)] цилиндра(ов) и поршнем(ями) при положении поршня(ей) в верхней (внутренней) мертвой точке устанавливается экспериментально или математическим моделированием таким, чтобы эффективный КПД комбинированного двигателя был наибольшим. Как показали расчетно-теоретические исследования от этого объема и количества образующегося пара зависит количество конвертированных цилиндров базового двигателя для работы на паре, при которых эффективный КПД комбинированного двигателя получается наибольшим. Степень сжатия двигателя в газовых цилиндрах проектируется такой, чтобы эффективный КПД комбинированного двигателя был максимальным и отсутствовала детонация в цилиндрах благодаря подаче воды в необходимом количестве во впускной воздухопровод 10 или коллектор 11 (фиг.1) и ее распыливанию там с необходимыми средними размерами капель. При распыливании воды во впускном воздухопроводе или коллекторе требования к октановому числу топлива снижаются (Ефремов П.К. К вопросу о дополнительном питании тепловых двигателей водой. - В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнения токсическими выбросами транспортных средств. T.1 - Харьков: 1977, с.221-261.) из-за уменьшения максимальной температуры сгорания, что позволяет увеличить степень сжатия двигателя. Причем оптимальное количество подаваемой воды составляет 0,5-0,75 от цикловой подачи топлива, при котором эффективный КПД становится наибольшим, а удельный эффективный расход топлива наименьшим (Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1980, 160 с.). Этот двигатель содержит еще пульт управления 20, который связан с датчиками температуры наружного воздуха 61, воздуха во впускном газопроводе 62, газов в конденсаторе 63 и цилиндре 64, пара, поступающего в расширительную машину или паровой(ые) цилиндр(ы) 65, пара в парораспределительном устройстве 66 (фиг.2), холодной воды в водораспределительном устройстве холодной воды 67 (фиг.1), питательной воды в водораспределительном устройстве горячей воды 29, окружающей среды в месте расположения потребителей теплоты 68 (фиг.2), с датчиками давления воздуха на входе во впускной коллектор 69 (фиг.1), продуктов сгорания и пара в конденсаторе 70, питательной воды, подаваемой питательным насосом 71, с датчиком уровня воды в водораспределительном устройстве горячей воды 19 и с датчиком содержания кислорода в выпускных газах 72, которые служат для управления системой двухфазной подачи воды и пара, а также комбинированным двигателем.

Способ работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом осуществляют следующим образом. Компрессор 9 (фиг.1), который приводится турбодетандером (турбиной) 6, подает воздух по воздухопроводу 10 через впускной коллектор 11 в цилиндры 8 поршневого двигателя 1. Охлаждение воздуха, нагретого при сжатиях компрессором и поршнями в цилиндрах, производится равномерным распыливанием в нем воды. Вода на распыливание в распылитель 45 подается насосом 46 из верхней части водораспределительного устройства холодной воды 30, где еще скапливаются углеводороды, которые попадают в воду из продуктов неполного сгорания в конденсаторе 5, а затем вместе с водой при циркуляции переносятся в эту емкость и там, всплывая наверх, концентрируются. Средние размеры капель при распыливании воды образуются такими, что эти капли успевают, в основном, нагреться во время впуска смеси и сжатия ее в цилиндре только до температуры кипения. При горении топлива в камере сгорания они интенсивно испаряются и снижают максимальную температуру сгорания, которая, в основном, определяет возникновение детонации в двигателе с вынужденным воспламенением, а также величину максимального давления сгорания совместно с количеством рабочего тела в цилиндре при неизменной степени сжатия. Количество подаваемой воды определяется экспериментально или математическим моделированием для каждого двигателя отдельно по наибольшему эффективному КПД и приемлемому максимальному давлению сгорания, при котором возникающие напряжения в деталях двигателя не превышают допускаемые значения. Математическим моделированием и экспериментально установлено, что количество подаваемой воды по массе близко к величине цикловой подачи топлива. Средние размеры образующихся капель определяются конструкциями распылителя 45 и насоса 46, а также могут регулироваться с пульта управления 20.

Образовавшиеся продукты сгорания направляются в парогенератор 3, где образуют пар, затем движутся в экономайзер 4, там они нагревают воду, затем по газопроводу 7 подаются в конденсатор 5, здесь они охлаждаются распыленной холодной водой до температуры конденсации водяных паров. В образовавшихся каплях воды токсичные газы и углеводороды абсорбируются, адсорбируются, растворяются и конденсируются благодаря содержанию в охлаждающей воде растворенного аммиака (рН 11-12). Для получения циркулирующей воды с рН 11-12 в нее добавляют раствор аммиака через отверстие, закрытое пробкой 23 в крышке 21 водораспределительного устройства горячей воды 14. Из конденсатора 5 по газопроводу 8 продукты сгорания поступают в турбодетандер (турбину) 8, где совершают работу, которая затем используется на сжатие воздуха в компрессоре 9. Кроме того, в турбодетандере (турбине) при расширении продуктов сгорания происходит их охлаждение, при этом пары воды конденсируются, а образовавшиеся капли благодаря центробежной силе собираются в конденсатосборнике турбодетандера (турбины) 6 и оттуда стекают в резервуарную емкость 13. Охлаждающая вода в конденсатор 5 подается насосом 43 из водораспределительного устройства холодной воды 30 по водопроводу 42 через распылитель 41. Количество подаваемой воды регулируется запорнорегулирующим устройством 44 с пульта управления 20 по температуре продуктов сгорания в конденсаторе 5. Эта температура поддерживается такой, чтобы образовавшийся конденсат при этой температуре можно было охладить наружным воздухом до требуемой температуры холодной воды в водораспределительном устройстве 30. Под требуемой температурой воды понимается такая температура, при которой ее используют в конденсаторе для охлаждения продуктов сгорания. Необходимая температура газов в конденсаторе 5 для конденсации водяных паров достигается изменением давления в этом конденсаторе путем увеличения или уменьшения проходного сечения дросселирующего устройства 12 детандера 6. Под необходимой температурой газов в конденсаторе понимается такая температура, при которой образовавшийся конденсат можно охладить наружным воздухом до требуемой температуры холодной воды, поступающей на охлаждение продуктов сгорания в конденсаторе. Вода в водораспределительном устройстве холодной воды 30 охлаждается в радиаторе 49, обдуваемым наружным воздухом вентилятором 50. Циркуляция воды через радиатор 49 и водораспределительное устройство холодной воды 30 осуществляется насосом 51 по водопроводам 47 и 48, при этом температура холодной воды регулируется с пульта управления изменением проходного сечения запорнорегулирующего устройства 52, а также увеличением или уменьшением частоты вращения вентилятора 50. Вода из конденсатора 5 сливается по водопроводам 18 и 27 под давлением газов в этом конденсаторе в водораспределительное устройство горячей воды 14. Количество воды, подаваемой по водопроводу 18, регулируется запорнорегулирующим устройством 28 по температуре питательной воды с пульта управления. Остальная вода (избыточная) направляется по водопроводу 27 в нижнюю часть водораспределительного устройства горячей воды 14. Нагретая питательная вода из средней части этого устройства подается питательным насосом 38 в экономайзер 4, а затем в парогенератор 3, при этом количество подаваемой питательной воды регулируется запорнорегулирующим устройством 40, а давление - регулирующим давлен