оснащенный наддувом двигатель внутреннего сгорания с расширительным устройством в контуре для рекуперации тепла

Формула изобретения

1. Оснащенный наддувом двигатель внутреннего сгорания для транспортного средства, который имеет контур охлаждения, в котором циркулирует рабочая среда, которая, по меньшей мере, частично переводится в парообразное или газообразное агрегатное состояние, при этом предусмотрено, по меньшей мере, одно расширительное устройство, находящееся в активном соединении через трансмиссию с ведомым валом двигателя (1) внутреннего сгорания, в котором благодаря преобразованию энергии, содержащейся в, по меньшей мере, частично парообразной или газообразной рабочей среде, ведомый вал расширительного устройства выполнен с возможностью движения, причем расширительное устройство выполнено в виде двухтактного поршневого двигателя (2), который опосредованно или непосредственно через трансмиссию находится в активном соединении с ведомым валом двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель (2) расположен в области, находящейся между двигателем (1) внутреннего сгорания и рабочим колесом (3) вентилятора.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель расположен внутри корпуса, окружающего двигатель (1) внутреннего сгорания.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель расположен внутри масляной ванны двигателя (1) внутреннего сгорания.

4. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель выполнен в виде звездообразного двигателя (2).

5. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель (2) расположен снаружи корпуса, окружающего двигатель (1) внутреннего сгорания, в области, находящейся между двигателем (1) внутреннего сгорания и рабочим колесом (3) вентилятора.

6. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что трансмиссия имеет коленчатый вал (4) двухтактного поршневого двигателя (2) и вал (6) вентилятора, которые находятся в активном соединении друг с другом.

7. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что трансмиссия имеет, по меньшей мере, одну зубчатую пару (8), через которую двухтактный поршневой двигатель (2) опосредованно или непосредственно находится в активном соединении с ведомым валом двигателя (1) внутреннего сгорания.

8. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что трансмиссия имеет, по меньшей мере, один ременный или цепной привод (9), через который двухтактный поршневой двигатель (2) опосредованно или непосредственно находится в активном соединении с ведомым валом двигателя (1) внутреннего сгорания.

9. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель (2) имеет, по меньшей мере, один цилиндр с впускными и выпускными клапанами, которые выполнены таким образом, что направление потока рабочей среды через цилиндр может быть реверсировано.

10. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель (2) имеет, по меньшей мере, один цилиндр с впускными и выпускными клапанами, которые выполнены с возможностью управления с помощью устройства управления клапанами.

11. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что двухтактный поршневой двигатель (2) имеет, по меньшей мере, один цилиндр с впускными и выпускными клапанами, которые выполнены с возможностью приведения в действие с помощью, по меньшей мере, одного кулачкового вала, находящегося в активном соединении с карданным валом (4), выполненным в виде ведомого вала двухтактного поршневого двигателя (2).

12. Двигатель внутреннего сгорания по п.11, отличающийся тем, что кулачковый вал имеет, по меньшей мере, один приводной кулачок и тормозной кулачок.

13. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что вал (6) вентилятора расположен внутри картера (11) двухтактного поршневого двигателя (2).

14. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что вал (6) вентилятора расположен снаружи картера (11) двухтактного поршневого двигателя (2).

15. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что трансмиссия имеет выполненный в виде ведомого вала (11) двухтактного поршневого двигателя (2) коленчатый вал (4), вал (6) вентилятора, цепной привод (9), который соединяет коленчатый вал (4) с валом (6) вентилятора, и зубчатую пару, которая соединяет вал (6) вентилятора с ведомым валом двигателя внутреннего сгорания.

16. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что трансмиссия имеет, по меньшей мере, одну муфту (10).

17. Двигатель внутреннего сгорания по п.16, отличающийся тем, что муфта (10) выполнена в виде муфты свободного хода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оснащенному наддувом двигателю внутреннего сгорания транспортного средства, который имеет контур охлаждения, в котором циркулирует рабочая среда, которая, по меньшей мере, частично переводится в парообразное или газообразное агрегатное состояние. При этом предусмотрено, по меньшей мере, находящееся в активном соединении с ведомым валом двигателя внутреннего сгорания одно расширительное устройство, в котором происходит, расширение, по меньшей мере, частично парообразной или газообразной рабочей среды и кинетическая энергия пара или газа преобразуется в энергию движения.

При разработке или, соответственно, усовершенствовании двигателей внутреннего сгорания в последние годы основное внимание уделяется, с одной стороны, минимизации вредных веществ и, с другой стороны, повышению эффективности агрегата. В этой связи возможность повышения эффективности современных двигателей внутреннего сгорания состоит в оптимальном использовании тепла, выделяющегося в области соответствующего двигателя внутреннего сгорания. При наличии соответствующих мероприятий возможно, как ограничить конструктивные размеры установки охлаждения, так и привлечь для полезного использования в области транспортного средства обычно исключительно отдаваемые в окружающую среду потери тепла. До сих пор тепло, выделяющееся у транспортных средств в области двигателя внутреннего сгорания, используется преимущественно для обогрева кабины транспортного средства. Проблема, правда, при этом заключается в том, что имеет место варьирование необходимого пассажирам транспортного средства тепла, которое, прежде всего, только в исключительных случаях согласуется с мощностью, отдаваемой двигателем внутреннего сгорания. Кроме того, в частности в летние месяцы существует потребность скорее в холоде, чем в тепле, при этом охлаждение кабины транспортного средства осуществляется с помощью соответствующих холодильных установок.

Чтобы улучшить охлаждение двигателя в последние годы двигатели внутреннего сгорания, в частности, двигатели транспортных средств, были усовершенствованы таким образом, что соответствующие системы позволяют использование тепла, создаваемого в области двигателя внутреннего сгорания, по возможности эффективным образом. В этой связи, с одной стороны, возможность состоит в том, чтобы применять получаемое тепло для других теплоотводов, предусматриваемых в транспортном средстве, или тепловую энергию преобразовывать с помощью соответствующих циклов в механическую энергию, в частности, энергию движения.

Из DE 19745758 A1 известна система охлаждения для двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, которая при относительно небольших теплопередающих поверхностях должна обеспечить оптимальное охлаждение двигателя внутреннего сгорания. Описываемая в этой публикации система имеет испарительное охлаждение, при котором охлаждающая вода, преимущественным образом смесь из воды и средства, защищающего от замерзания, во время работы системы охлаждения совершает фазовый переход жидкость-газ-жидкость. При этом используется эффект того, что коэффициенты теплоотдачи как от горячей стенки к кипящей жидкости, так и от пара к холодной стенке больше, чем при конвекции между жидкостью или газом и стенкой. Применение описанного испарительного охлаждения, таким образом, в конечном счете гарантирует, что могут применяться теплообменники с относительно небольшими теплопередающими поверхностями по сравнению с существующими конвекционными теплообменниками. Это дает значительное уменьшение конструктивного пространства, необходимого для системы охлаждения, в частности теплообменника.

Наряду с испарительным охлаждением, при котором в охлаждающем контуре применяется вещество, главным образом вода, к которой примешивается добавка для предотвращения замерзания, из JP 09072255, известна система охлаждения для двигателя внутреннего сгорания, которая имеет два контура охлаждения, при этом в одном из обоих контуров охлаждения в качестве рабочего тела применяется смесь двух веществ. При этом сначала избыточное тепло, образующееся в области двигателя внутреннего сгорания, отводится через первый контур охлаждения и с помощью теплообменника, передается рабочей среде, циркулирующей во втором контуре охлаждения. В случае циркулирующего во втором контуре охлаждения рабочего тела, представляющего собой смесь двух веществ, речь идет о смеси воды с аммиаком. Эта смесь отличается, прежде всего, тем, что компоненты смеси при одинаковой степени сжатия имеют различные температуры испарения. Подобного рода система имеет, прежде всего, преимущество в том, что уже при низком уровне температуры создается пар, который может использоваться в дальнейшем.

Существенными компонентами в описанном техническом решении во втором контуре охлаждения являются генератор, в котором испаряется аммиак смеси вода-аммиак, разделитель фаз, в котором жидкость отделяется от паровой фазы, конденсатор, в котором снова происходит сжижение аммиака, а также дроссельный клапан с включенным последовательно испарителем и, наконец, абсорбер, в котором газообразный аммиак растворяется в воде при отдаче тепла. В описываемой системе охлаждения тепло, отводящееся из области двигателя внутреннего сгорания, в области генератора передается смеси вода-аммиак и затем, прежде всего, с помощью конденсатора используется для предварительного нагрева топлива. Также и в этом случае благодаря имеющему место фазовому переходу применяются сравнительно небольшие теплопередающие поверхности.

Далее из "БМВ: Энергия из выхлопных газов; в Auto Motor Sport от 08.12.2005 (см. также http://www.auto-motor-sport.de/d/98231)" известна система охлаждения транспортного средства, в которой тепловая энергия извлекается из выхлопных газов и охлаждающей воды, которая затем в расширительном устройстве преобразуется в кинетическую энергию. Примененное расширительное устройство располагает двумя паровыми аксиально-поршневыми двигателями, которые через ременный привод соединены с ведомым валом собственного двигателя внутреннего сгорания. Эта система для производства пара также располагает двумя контурами охлаждения, в которых, с одной стороны, вода нагревается свыше 500°С а, с другой стороны, этанол нагревается до 105°С. Обе среды при названных выше температурах в соответствующих контурах охлаждения представлены в виде горячего пара, который соответственно подводится к одному из двух паровых аксиально-поршневым двигателям. Кинетическая энергия, накопленная в паре, таким образом, преобразуется в энергию движения, которая через ременный привод передается ведомому валу двигателя внутреннего сгорания, в результате чего обеспечивается повышение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Исходя из уровня техники, в котором в охлаждающем контуре двигателя внутреннего сгорания сначала производится пар, который затем снова расширяется при применении расширительного устройства для получения энергии движения, задача изобретения заключается в том, чтобы предоставить техническое решение, в котором преобразование энергии происходило бы в области двигателя внутреннего сгорания при применении экономически более рациональных компонентов, требующих небольшого конструктивного пространства. Предлагаемое решение должно при этом предусматривать сравнительно простую конструкцию и возможность интегрирования в периферию двигателя внутреннего сгорания без значительных затрат. Далее следует обратить внимание на то, что основная конструкция двигателя внутреннего сгорания, а также расположение навесных агрегатов не должны претерпеть коренных изменений в связи с применением дополнительного расширительного устройства.

Оснащенный наддувом двигатель внутреннего сгорания, с помощью которого решается указанная выше задача, является предметом пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов и подробно поясняются в описании со ссылками на чертежи.

Согласно изобретению, оснащенный наддувом двигатель внутреннего сгорания для транспортного средства, который имеет контур охлаждения, в котором циркулирует рабочая среда, которая, по меньшей мере, частично переводится в парообразное или газообразное агрегатное состояние, при этом предусмотрено, по меньшей мере, одно расширительное устройство, находящееся в активном соединении через трансмиссию с ведомым валом двигателя внутреннего сгорания, в котором благодаря преобразованию энергии, содержащейся в, по меньшей мере, частично парообразной или газообразной рабочей среде, может двигаться ведомый вал расширительного устройства, усовершенствован таким образом, что расширительное устройство выполнено в виде двухтактного поршневого двигателя, преимущественным образом в виде звездообразного двигателя, который опосредованно или непосредственно через трансмиссию находится в активном соединении с ведомым валом двигателя внутреннего сгорания.

В этой связи возможно размещение двухтактного поршневого двигателя либо внутри корпуса, окружающего двигатель внутреннего сгорания, либо снаружи корпуса двигателя внутреннего сгорания. В особом усовершенствовании изобретения двухтактный поршневой двигатель расположен внутри корпуса двигателя внутреннего сгорания в области масляной ванны. Таким образом, возможно закрепление двухтактного поршневого двигателя при особенной экономии места в области двигателя внутреннего сгорания.

Благодаря соответствующему изобретению исполнению расширительного устройства в виде звездообразного двигателя возможно предоставление двигателя внутреннего сгорания с наддувом, у которого преобразование кинетической энергии, содержащейся в рабочей среде, в дополнительную энергию движения может быть осуществлено в очень узком пространстве. При этом звездообразный двигатель отличается прежде всего своей радиальной конструкцией, в частности, расположением, по меньшей мере, двух цилиндров в одной плоскости, которая предпочтительным образом расположена перпендикулярно ведомому вала оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания. Устройство для производства пара, как и звездообразный двигатель, предпочтительно рассчитаны таким образом, что максимальная мощность на ведомом валу звездообразного двигателя может достигать 40 кВт у грузовых автомобилей, перевозящих грузы на дальнее расстояние. В этой связи особенно подходит применение звездообразного двигателя, цилиндры которых имеют внутренний диаметр от 55 до 65 мм, преимущественным образом 60 мм.

В соответствующем изобретению техническом решении, по меньшей мере, в одном контуре охлаждения, по которому тепло отводится из оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания, преимущественным образом из блока цилиндров, по меньшей мере, периодически производится пар, который подводится к звездообразному двигателю, там в отдельных цилиндрах приводит в движение поршни и таким образом приводится во вращение ведомый вал звездообразного двигателя. Энергия вращения ведомого вала звездообразного двигателя, в свою очередь, передается ведомому валу оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания. В этой связи имеется возможность соединения ведомых валов звездообразного двигателя и двигателя внутреннего сгорания друг с другом либо напрямую, например, расположив звездообразный двигатель непосредственно на ведомом валу двигателя внутреннего сгорания, либо за счет предусматривания промежуточного соединения между ведомыми валами, например, в виде ременной или зубчатой передачи или даже редуктора.

В предпочтительном варианте исполнения изобретения звездообразный двигатель предусмотрен в области рабочего колеса вентилятора, оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания. При этом учитывается, что рабочее колесо вентилятора обычным образом находится в активном соединении с ведомым валом, в частности коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, или расположено непосредственно на нем. С помощью расположенного таким образом рабочего колеса вентилятора, как правило, охлаждающий воздух подается на теплообменник воздух/вода и/или на наружную стенку двигателя внутреннего сгорания. Предпочтительным образом звездообразный двигатель расположен между корпусом двигателя внутреннего сгорания, преимущественно картером, и рабочим колесом вентилятора, так что возможно особенное экономящее место расположения дополнительного расширительного устройства.

Специальное исполнение соответствующего изобретению двигателя внутреннего сгорания предусматривает, что ведомый вал двигателя внутреннего сгорания представляет собой коленчатый вал, с которым находится в активном соединении звездообразный двигатель. Преимущественным образом, звездообразный двигатель закреплен на ведомом валу, на котором предусмотрен также вентилятор двигателя внутреннего сгорания. При подобном варианте исполнения звездообразный двигатель и рабочее колесо вентилятора закреплены на ведомом валу двигателя внутреннего сгорания, в частности на коленчатом валу. При этом, с одной стороны, имеется возможность того, что ведомый вал звездообразного двигателя воздействует напрямую на соответствующий ведомый вал двигателя внутреннего сгорания или имеется промежуточная передача, например, в форме специальной передачи.

В другом особом варианте исполнения оснащенный наддувом двигатель внутреннего сгорания, напротив, имеет отдельный ведомый вал, на котором закреплен звездообразный двигатель, при этом ведомый вал звездообразного двигателя, в свою очередь, через зубчатую передачу (зубчатую пару) соединен с ведомым валом, в частности, с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Далее альтернативное исполнение предусматривает, что вместо зубчатой пары расположен ременный привод, преимущественно, зубчатый ременный привод, между коленчатым валом двигателя и ведомым валом звездообразного двигателя. Также в этом случае возможно предусмотреть передачу (редуктор) между ведомым валом звездообразного мотора и карданным валом. Для порядка нужно отметить, что у описанных выше вариантов исполнения изобретения несущественно расположен ли звездообразный двигатель с соответствующим активным соединением с ведомым валом звездообразного двигателя и коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания внутри картера или снаружи картера. Однако, размещение звездообразного двигателя, а также элемента, обеспечивающего активное соединение между звездообразным двигателем и коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, снаружи картера дает существенные преимущества как в плане обслуживания, так и установки ведомого устройства.

Звездообразный двигатель преимущественным образом имеет, по меньшей мере, один впускной так и выпускной клапан, которые с помощью кулачкового или соответствующего дискового механизма управления клапанами могут регулироваться в соответствии с потребностью. С помощью, таким образом, выполненного клапанного механизма пар, являющийся рабочей средой, полученный в устройстве для производства пара, направляется в рабочую полость цилиндров звездообразного двигателя, так что поршни совершают исключительно линейное движение. Как только поршень достигнет нижней мертвой точки, начнется выпуск пара через выпускной клапан. В так называемом режиме привода звездообразного двигателя в циклической последовательности повторяется подача пара, движение поршня и выпуск расширенного пара через выпускной клапан, так что ведомый вал звездообразного двигателя приходит во вращение.

В специальном варианте исполнения изобретения в дополнении к режиму привода предусмотрено, что звездообразный двигатель может быть переведен и в режим торможения. Для осуществления режима торможения принципиально возможны три альтернативных технических решения.

В первом варианте режима торможения пар по сравнению с режимом привода направляется в обратной последовательности через цилиндры звездообразного двигателя, так что пар или газ проходит в обратном направлении через полости отдельных цилиндров. При этом клапаны, работающие при режиме привода в качестве выпускных клапанов, становятся впускными клапанами, а клапаны, работающие при режиме привода в качестве впускных клапанов, становятся выпускными клапанами. Ведомый вал звездообразного двигателя, таким образом, приводится во вращение в обратном направлении по сравнению с режимом привода.

Второй предпочтительный технический вариант режима торможения предусматривает переменное управление клапанами, так что впускные и выпускные клапаны нагружаются паром или газом в зависимости от соответствующего режима торможения. В специальном варианте исполнения при этом осуществляется регулирование моментов открытия и закрытия или, соответственно, временных промежутков открытия и закрытия в зависимости от режима торможения. Таким образом, с помощью описанного выше механизма управления клапанами возможно направлять пар или газ в полости цилиндра звездообразного двигателя таким образом, что звездообразный двигатель воздействует с тормозным эффектом на ведомый коленчатый вал оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания.

В третьем варианте звездообразного двигателя, выполненного в соответствии с изобретением, на кулачковом валу предусмотрены различные кулачки, а именно приводные и тормозные кулачки, которые непосредственно или опосредованно приводят в действие клапаны. В предпочтительном варианте кулачки через соответствующие толкатели и коромысла находятся в активном соединении с клапанами. В этой связи далее возможно, что ранее упомянутые толкатели выполнены раздельно, чтобы предпочтительным образом переводить звездообразный двигатель в режим привода или торможения.

С помощью звездообразного двигателя, который имеет описанный ранее режим торможения, предпочтительным образом, возможно, создавать тормозящий эффект на коленчатом валу оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания.

Регулирование подвода пара в звездообразный двигатель для активизации режима привода или торможения осуществляется с помощью центрального регулирующего и управляющего устройства. Преимущественным образом подобного рода управляющее и регулирующее устройство интегрировано в центральный процессор транспортного средства или устройство управления двигателя внутреннего сгорания. Другой специальный вариант исполнения изобретения далее предусматривает внутри контура охлаждения, в котором рабочая среда, по меньшей мере, частично переводится в парообразную или газообразную фазу, соответствующие сенсоры, с помощью которых фиксируется давление, температура и/или содержание пара или газа в рабочей среде и передается к управляющему и регулирующему устройству.

Совершенно особое исполнение звездообразного двигателя, предусмотренного согласно изобретению на оснащенного наддувом двигателе внутреннего сгорания, предусматривает механизм управления впускными и выпускными клапанами, который расположен на наружной стороне звездообразного двигателя, и различные заслонки которого при вращении ведомого вала звездообразного двигателя переводятся в поступательное движение. Это поступательное движение происходит таким образом, что по потребности происходит открытие и закрытие впускных или, соответственно, выпускных клапанов звездообразного двигателя.

В другом предпочтительном варианте исполнения звездообразного двигателя предусмотрено, по меньшей мере, три цилиндра с соответствующими впускными и выпускными клапанами. При этом каждый цилиндр располагает, как уже упоминалось, преимущественно впускным и выпускным клапаном. Разумеется, также возможно иметь для каждого цилиндра большее число впускных и/или выпускных клапанов. В этой связи обозначение впускного или соответственно выпускного клапана относится к направлению потока пара или газа в режиме привода.

В одном специальном исполнении звездообразный двигатель или, по меньшей мере, компоненты звездообразного двигателя изготавливаются из стойкого к температуре материала. В этой связи, в частности, в отношении веса звездообразного двигателя, возможно изготовление поршней или также других компонентов, например, клапанов, толкателей, коромысел, шатунов или даже коленчатого вала звездообразного двигателя из соответственно стойкой пластмассы.

Ниже изобретение без ограничения общей идеи изобретения более подробно поясняется с помощью чертежей, на которых показано:

Фиг.1: Вид сбоку двигателя внутреннего сгорания с дополнительным звездообразным двигателем, ведомый вал которого соединен с валом вентилятора, расположенным внутри картера звездообразного двигателя.

Фиг.2: Разрез звездообразного двигателя, ведомый вал которого соединен с валом вентилятора, расположенным внутри картера звездообразного двигателя.

Фиг.3: Вид сбоку двигателя внутреннего сгорания с дополнительным звездообразным двигателем, ведомый вал которого соединен с валом, расположенным снаружи вала вентилятора картера звездообразного двигателя, который находится в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания.

Фиг.4: Разрез звездообразного двигателя, ведомый вал которого соединен с валом, расположенным снаружи картера звездообразного двигателя, который находится в активном соединении с двигателем внутреннего сгорания.

На фиг.1 показан вид сбоку двигателя 1 внутреннего сгорания с звездообразным двигателем 2 и рабочим колесом 3 вентилятора. Существенным для представленного технического решения является то, что звездообразный двигатель 2 через трансмиссию находится в активном соединении с ведомым валом двигателя 1 внутреннего сгорания, как правило, с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Звездообразный двигатель 2 во время работы двигателя внутреннего сгорания снабжается паром рабочей среды, находящимся под давлением, который приводит в движение поршни, расположенные в цилиндрах, и тем самым соединенный с ними коленчатый вал 4 звездообразного двигателя 2 и при этом расширяется. Существенно то, что коленчатый вал 4 звездообразного двигателя 2 находится в активном соединении с валом 6 вентилятора. При этом в представленном на фиг.1 и 2 варианте исполнения выполненного в соответствии с изобретением оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания вал 6 вентилятора расположен внутри картера 11 звездообразного двигателя, так что осевое расстояние между валом 6 вентилятора и коленчатым валом 4 звездообразного двигателя 2 минимизируется.

Рабочее колесо 3 вентилятора приводится в движение валом 6 вентилятора, оно создает во время работы транспортного средства поток охлаждающего воздуха, которым охлаждается воздушный/водный теплообменник и/или наружная стенка двигателя внутреннего сгорания. Вал 6 вентилятора через зубчатую пару (см. фиг.2, поз.8) соединен с коленчатым валом (не показан) двигателя 1 внутреннего сгорания. Присоединение звездообразного двигателя к картеру двигателя 1 внутреннего сгорания осуществляется с помощью фланца 5 звездообразного двигателя, при этом фланец 5 звездообразного двигателя для этого снабжен соответствующими выемками 7, в которые установлены винты, ввинчивающиеся затем в картер.

На фиг.2 представлен разрез звездообразного двигателя 2, предусмотренного дополнительно к двигателю 1 внутреннего сгорания. Коленчатый вал 2 звездообразного двигателя 2 через вал 6 вентилятора опосредованно соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. При этом цепной привод 9 обеспечивает активное соединение коленчатого вала 4 звездообразного двигателя 2 и валом 6 вентилятора, а упомянутая зубчатая пара 8 - соответствующее соединение между валом 6 вентилятора и коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания. Существенным для интеграции, изображенной на фиг.2, дополнительного звездообразного двигателя 2 в выходное звено двигателя 1 внутреннего сгорания представляется то, что работа рабочего колеса 3 вентилятора и расширительного устройства, выполненного в виде звездообразного двигателя 2, может осуществляться независимо друг от друга. Для этого между цепным приводом 9 и коленчатым валом 4 звездообразного двигателя 2 предусмотрена муфта 10, с помощью которой по выбору могут соединяться и разъединяться коленчатый вал 4 звездообразного двигателя 2 и вал 6 вентилятора. Таким образом, в частности, обеспечивается, несмотря на наличие дополнительного парового контура со звездообразным двигателем 2, в каждый момент работы 1 двигателя внутреннего сгорания надежное охлаждение приводного узла. Кроме того, и в динамической фазе работы двигателя 1 внутреннего сгорания 1, например, при плавных процессах ускорения приводимого транспортного средства, обеспечивается, что двигатель 1 внутреннего сгорания не приводит в действие звездообразный двигатель 2, хотя дополнительно предусмотренный паровой контур со звездообразным двигателем 2 и реагирует сравнительно инертно.

В связи с примером исполнения, представленном на фиг.2, муфта 10 выполнена в виде так называемого механизма свободного хода (также называемый как муфта свободного хода). В этом случае механизм свободного хода имеет заклинивающие тела, которые обеспечивают размыкание вращательных движений вала 6 вентилятора и коленчатого вала 4 звездообразного двигателя, как только изменяться отношения нагрузок.

Кроме того, в варианте исполнения, описываемого в связи с фиг.2, предусмотрена эксплуатация звездообразного двигателя как в режиме привода, так и в режиме торможения. Из этих соображений механизм свободного хода выполнен с возможностью блокировки, чтобы с помощью реверсирования клапанов можно было обеспечить эксплуатацию как в режиме привода, так и в режиме торможения.

Как уже упоминалось, соединенный через цепной привод 9 ведомый вал 4 звездообразного двигателя 2 и вал 6 вентилятора расположены в картере 11 звездообразного двигателя 2. Сквозной проход вала 6 к рабочему колесу 3 вентилятора осуществляется при этом через картер 11 в области, находящейся между двумя шатунами 12 звездообразного двигателя 2. Таким образом, осевое расстояние между валом 6 вентилятора и коленчатым валом 4 звездообразного двигателя 2 поддерживается относительно небольшим.

Впускные и выпускные клапаны звездообразного двигателя 2 выполнены в виде седельных клананов, которые в закрытом положении обеспечивают высокую герметичность. Приведение в действие впускных и выпускных клапанов осуществляется с помощью дисковых кулачков, которые предусмотрены на коленчатом валу 4 звездообразного двигателя 2.

В описанной конструкции приводимого паром звездообразного двигателя 2 вал 6 вентилятора вращается с более высоким числом оборотов, чем коленчатый вал двигателя 1 внутреннего сгорания. Высокое рабочее число оборотов вала 6 вентилятора является достаточным для того, чтобы выполнить звездообразный двигатель с относительно небольшим рабочим объемом, так как коленчатый вал 4 звездообразного двигателя 2 эксплуатируется в диапазоне числа оборотов, по меньшей мере, аналогичном рабочему числу оборотов вала 6 вентилятора.

Кроме того, расположение звездообразного двигателя непосредственно позади рабочего колеса 3 вентилятора или между рабочим колесом 3 вентилятора и двигателем 1 внутреннего сгорания предоставляет возможность особенно экономящего места расположения дополнительного расширительного устройства.

Подвод пара из устройства для производства пара (не показано) к клапанам осуществляется по трубопроводам 15 для рабочей среды, которые преимущественным образом выполнены в виде гибких шлангов.

На фиг.3 показана установка дополнительно предусмотренного, приводимого паром звездообразного двигателя 2 на двигателе 1 внутреннего сгорания. В противоположность вариантам исполнения, описанным в связи с фиг.1 и 2, вал 6 вентилятора здесь расположен снаружи картера звездообразного двигателя. Вал 6 вентилятора проходит снаружи картера между двумя цилиндрами звездообразного двигателя 2 к рабочему колесу 3 вентилятора и через зубчатую пару находится на стороне, противолежащей рабочему колесу вентилятора, в активном соединении с коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания.

На фиг.4 представлен разрез звездообразного двигателя 2, установленного как показано на фиг.3. В этом случае коленчатый вал 4 звездообразного двигателя 2 через передачу 13 с зубчатыми цилиндрическими колесами и соответствующее фланцевое соединение соединен с коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания. В зависимости от параметров зубчатых цилиндрических колес, примененных для передачи 13, передача 13 с зубчатыми цилиндрическими колесами может быть также выполнена в виде повышающего редуктора с зубчатыми цилиндрическими колесами. Кроме того, механизм свободного хода, который компенсирует варьирующуюся в зависимости от отношения нагрузок разность в числе оборотов между коленчатым валом 4 звездообразного двигателя и коленчатым валом двигателя 1 внутреннего сгорания, интегрирован непосредственно в передачу 13 с зубчатыми цилиндрическими колесами.

Впускные и выпускные клапаны цилиндров звездообразного двигателя и в этом случае выполнены в виде седельных клапанов, которые приводятся в действие дисковыми кулачками, расположенными на коленчатом валу 4 звездообразного двигателя 2. Вариант исполнения оснащенного наддувом двигателя внутреннего сгорания с дополнительным звездообразным двигателем, представленный на фиг.3 и 4, имеет преимущество, заключающееся в том, что благодаря находящемуся снаружи валу 6 вентилятора сам звездообразный двигатель 2 может быть выполнен с меньшими размерами. Далее, при таком конструктивном исполнении сцепление 14 вентилятора может прифлановываться в области рабочего колеса 3 вентилятора между двумя цилиндрами звездообразного двигателя 2. Таким образом, рабочее колесо 3 вентилятора располагается непосредственно перед звездообразным двигателем 2.

Перечень ссылочных позиций

1. Двигатель внутреннего сгорания

2. Звездообразный двигатель

3. Рабочее колесо вентилятора

4. Коленчатый вал звездообразного двигателя

5. Фланец звездообразного двигателя

6. Вал вентилятора

7. Выемка

8. Зубчатая пара

9. Цепной привод

10. Муфта

11. Картер звездообразного двигателя

12. Шатун звездообразного двигателя

13. Передача с зубчатыми цилиндрическими колесами

14. Сцепление вентилятора

15. Трубопроводы для рабочего тела