способ повышения кпд двигателя увеличением степени сжатия и сокращением угла опережения зажигания. Повышение кпд двигателя


Способ повышения термического кпд двигателя

 

Изобретение относится к энергомашиностроению и позволяет повысить термический КПД теплового двигателя. В предлагаемом способе термический КПД двигателя повышается за счет уменьшения потерь тепла с отработавшими газами. Для этого сжатый газ после подвода к нему теплоты подают в цилиндр двигателя через впускное устройство, где он совершает работу сначала по изобаре, а затем по адиабате. 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения.

В настоящее время повышение термического КПД двигателя осуществляется понижением температуры отработавших газов, в результате чего уменьшается отвод теплоты в окружающую среду. Применяются в основном три способа. Один из них основан на использовании теплоты отработавших газов для осуществления цикла Ренкина. Отработавшие газы нагревают жидкость /фреон, воду/, пары которой приводят в действие паровую турбину установки. Она приводит в действие компрессор, осуществляющий наддув двигателя. Другой способ заключается в использовании энергии отработавших газов, не совершивших полного адиабатического расширения в двигателе, за счет их повторного расширения в газовой турбине, приводящей центробежный компрессор для подачи воздуха в двигатель /наддув/. Третий способ - использование отработавших газов для подогрева воздуха перед его входом в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Прежде чем критиковать эти способы, необходимо указать причину, которая не позволяет получить в реальном двигателе то количество работы, которое должно быть получено в теоретическом цикле. Рассмотрим цикл 1234 на фиг. 1. образованный адиабатами 1-2 и 3-4, изобарой 2-3 и процессом 4-1 /либо изохорой, либо изобарой, что не имеет значения для дальнейших рассуждений/. В состоянии 4 отработавшие газы отводятся в окружающую среду, т.е. теплота, эквивалентная площади 42'1, не используется для получения работы и фактическая работа цикла соответствует площади 322'2. Использование теплоты отработавших газов /площадь 142'/ в цикле Ренкина для привода или для подогрева воздуха сопряжено с низким КПД самого цикла. Кроме этой потери энергии в реальных двигателях существуют и другие потери, в частности, связанные с неполным адиабатическим расширением. Объясняется это тем, что необходимая степень полного адиабатического расширения в реальных двигателях не может быть обеспечена по техническим причинам и в действительности оказывается меньше требуемой. Для устранения этого недостатка используется дополнительный двигатель, в котором осуществляется повторное адиабатическое расширение, для получения мощности, частично передаваемой на вал двигателя и для осуществления наддува. Целью изобретения является нахождение способа, позволяющего повысить КПД использования теплоты отработавших газов и за счет этого повысить термический КПД двигателя. Сущность изобретения поясняется с помощью фиг. 1 Предлагается, после подвода тепла к газу в процессе 2-3, начать совершать работу не в процессе адиабатического расширения 3-4, а в изобарном процессе 3-5, в результате его при последующем адиабатическом расширении 5-6 температура отработавших газов уменьшается с T4 до T6, что говорит о том, что используемая часть того тепла, которое не реализовывается в работу в циклах только с адиабатическим расширением, и повышается термический КПД реального цикла. Далее теплота отработавших газов с T6 может использоваться с помощью других способов, в том числе способами-аналогами. Состояние 5 находится из условия прихода газа в состояние 6, т.е. из условия полного адиабатического расширения. Указанные процессы 3-5 и 5-6 осуществляются без дополнительного двигателя в одном и том же цилиндре при перемещении поршня, во время которого состояние газа изменяется соответственно от состояния 3 до состояний 5 и 6. Состояние газа 5 достигается подачей газа через впускное устройство, например, впускной клапан. Способ реализуется, например, в двигателе поршневого типа с выносной камерой сгорания. Условием осуществления двигателя с выносной камерой сгорания является требование обеспечения режима спокойного горения в камере сгорания. Такое горение обеспечивается равномерной подачей сжатого воздуха и топлива в камеру сгорания и таким же отбором газа из нее. В случае нарушения этого условия, например, из-за порядка работы цилиндров двигателя в течение цикла и перерывов в подаче газа из камеры сгорания в схеме двигателя применяется дополнительно ресивер, которого с учетом объема камеры сгорания позволяет сглаживать указанные перебои и не допускать возникновения амплитуд изменения давления, характерных для жесткого или пульсационного горения. Отсюда следует, что способ лучше всего реализовать в многопоршневом двигателе, в котором обеспечивается непрерывная подача сжатого воздуха и топлива в камеру сгорания и непрерывный отбор из нее газа при последовательной порционной подаче рабочего газа в цилиндры двигателя. Схема такого двигателя приведена на фиг. 2. Двигатель состоит из компрессора объемного действия 1, ресивера 2, многоцилиндрового источника механической энергии 3 и выносной камеры сгорания 4. Ресивер 2 соединяет компрессор 1 и камеру сгорания 4 через клапаны 5 и 6. Каждый цилиндр имеет впускной клапан 7 и выпускной клапан 8, управляемые принудительно с помощью механизма газораспределения /не показан/. Каналы впуска и выпуска газа в головке цилиндра, где расположены клапаны, объединены соответственно коллектором 9 подвода рабочего газа и коллектором 10 отвода отработавших газов. Выносная камера сгорания 4 состоит из корпуса 11, внутреннего цилиндра 12, имеющего отверстия 13 для поступления воздуха в зоне смесеобразования и в зону горения и смешивания. Камера сгорания имеет форсунку 14 для подачи и распыла топлива, зажигающее устройство, турбулизатор и стабилизатор /не показан/. Компрессор 1 по принципу действия объемный, т.е. степень сжатия воздуха в нем не зависит от числа оборотов. Подача сжатого воздуха из компрессора близка к непрерывной. Таким компрессором является, например, роторный компрессор, к которым относятся винтовые, ротационно-пластинчатые и др. Привод компрессора осуществляется от вала источника механической энергии 3. Многоцилиндровый источник механической энергии 3 в целях уравновешивания имеет оппозитную схему. Необходимое число цилиндров образуется последовательным или параллельным соединением, например, 4- или 8-цилиндровых источников механической энергии, образующих в целом источник механической энергии, обладающий требуемым смещением колен коленчатого вала относительно друг друга в зависимости от общего числа цилиндров. Так как при оппозитной схеме цилиндры работают попарно, то при общем числе цилиндров М смещение колен равно 360 : М/2, т.е. при, например, 16-цилинлровом двигателе смещение парных колен равно 45 градусов. В этом случае подача газа при постоянном давлении из камеры сгорания в каждую пару цилиндров происходит во время поворота коленчатого вала на 45 градусов, после чего такая же подача газа осуществляется в следующую пару цилиндров и так далее на протяжении всего оборота коленчатого вала. Работа двигателя осуществляется следующим образом. Воздух из атмосферы через всасывающий патрубок 15 поступает в компрессор 1, сжимается в нем и при открытых клапанах 5 и 6 поступает в ресивер 2. В ресивере 2 сглаживаются возможные колебания давления, связанные с работой самого компрессора и поступлением воздуха в камеру сгорания. Сжатый воздух поступает в пространство между цилиндром корпуса 11 и цилиндром 12 камеры сгорания и через отверстия 13 при горении топлива поступает в зону смесеобразования, переходящую в зону горения и смешения газа с воздухом до образования газов требуемой температуры. Из камеры сгорания 4 газ после подведения к нему теплоты поступает в коллектор 9 подвода нагретого газа к впускным каналам головки цилиндров. Газораспределительный механизм открывает впускной клапан 7 при нахождении поршня в ВМТ, и полость цилиндра оказывается сообщенной с камерой сгорания через коллектор 9. Под действием перепада давлений со стороны газа в камере сгорания с одной стороны поршня и атмосферного давления с другой стороны поршня поршень перемещается в сторону НМТ, совершая работу против внешних сил в изобарном процессе. Подача газа из камеры сгорания в цилиндр осуществляется в течение времени поворота коленчатого вала на 45 градусов, после чего впускной клапан этого цилиндра закрывается и одновременно открывается впускной клапан для следующего цилиндра, что приводит к непрерывной подаче газа в цилиндры из камеры сгорания. Поступивший в цилиндр из камеры сгорания нагретый газ после закрытия впускного клапана 7 адиабатически расширяется в цилиндре до достижения поршнем НМТ. В момент достижения НМТ выпускной клапан 8 цилиндра принудительно открывается, и полость цилиндра оказывается сообщенной с атмосферой через коллектор 10 отвода отработавших газов. При обратном ходе поршня газ из цилиндра выталкивается в атмосферу. Таким образом, поршневой источник механической энергии работает в двухтактном режиме. При остановке двигателя клапаны ресивера 5 и 6 с прекращением подачи топлива закрывается, что позволяет сохранить в нем сжатый воздух. При пуске двигателя наличие сжатого воздуха в ресивере позволяет в этом случае осуществить пуск двигателя без помощи стартера.

Формула изобретения

Способ повышения термического КПД двигателя за счет уменьшения отвода тепла с отработавшими газами, отличающийся тем, что сжатый газ после подвода к нему теплоты сначала совершает работу по изобаре, например, при подаче его в цилиндр двигателя, через впускное устройство, после чего совершает работу по адиабате.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

способ повышения кпд двигателя увеличением степени сжатия и сокращением угла опережения зажигания - патент РФ 2468221

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в бензиновом двигателе с увеличенной степенью сжатия фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы. При этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска, так как продувка камеры сгорания производится не горючей смесью, а воздухом. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2468221

Область техники, к которой относится изобретение, - это двигателестроение бензиновых двигателей.

Уровень техники

Известно, что при повышении степени сжатия возникает детонация в цилиндрах двигателя. Для устранения этого недостатка используется бензин с повышенным октановым числом. Чем выше степень сжатия, тем выше октановое число топлива.

Сущность изобретения

Для понимания сущности изобретения надо понять, что происходит в двигателе при опереженном зажигании и при позднем зажигании. При опереженном зажигании возникает детонация, сопровождающаяся стуком в двигателе и резким повышением шума выпуска. Стук в двигателе появляется потому, что горение заряда происходит в уменьшающемся объеме, при этом скачкообразно увеличивается скорость горения заряда, таким же образом увеличивается объем газов и температура газов. Горение заряда заканчивается до прихода поршня в верхнюю ВМТ. Так как температура газов повышена, повышен и объем газов, скорость выхода газов из цилиндра увеличивается, увеличивается их инерционность на столько, что в конце фазы выпуска, то есть в момент открытия впускного клапана давление в цилиндре значительно ниже давления во впускном коллекторе. Поэтому горючая смесь очередного заряда, за время продувки успевает проскочить в выпускной коллектор и далее в систему выпуска, где, сгорая, резко повышает шум выпуска и сопротивление в системе выпуска. При позднем зажигании горение происходит в уменьшающемся объеме, но уменьшение объема происходит медленнее, поэтому горение заряда замедляется после прохода ВМТ, горение продолжается уже в увеличивающемся объеме, и горение заряда замедляется еще больше и может продолжаться при такте "выпуск". В конце фазы выпуска давление в цилиндре выше, чем во впускном коллекторе, и за время продувки еще горящие газы проникают во впускной коллектор и воспламеняют горючую смесь в коллекторе и двигатель "чихает" в карбюратор.

Суть идеи состоит в том, что при увеличении степени сжатия происходит нагрев заряда в цилиндре, а при нагреве заряда увеличивается скорость горения заряда, а значит сокращается максимальный угол опережения зажигания. При сокращении угла опережения зажигания сокращается время воздействия пламени на днище поршня, тарелки клапанов и стенки камеры сгорания, значит меньше энергии пойдет на нагрев двигателя, а больше на работу, и чем выше степень сжатия, тем выше КПД.

Для реализации этого способа увеличения КПД необходимо стабилизировать физическую степень сжатия на протяжении всего срока эксплуатации двигателя, так как на компрессионных кольцах в процессе работы увеличиваются зазоры на стыках, что приводит к снижению степени сжатия почти на 1 ед. за 80-100 тыс. км, увеличению угла опережения зажигания и увеличению расхода топлива. Поэтому в двигателе ЗМЗ-402, на котором проводились эксперименты, установлено тройное компрессионное кольцо, патент № 2416749, которое стабилизирует степень сжатия на протяжении не менее 100 тыс. км пробега и повышает физическую степень сжатия до 8,3-8,8 без изменения геометрической степени сжатия головки блока под бензин А-76, с головкой блока под бензин АИ-92 физическая степень сжатия достигла 11.5, после чего эксперимент был прекращен. Использовался бензин АИ-80. Двигатель установлен на автомобиле ГА3-3110.

Суть эксперимента следующая: на двигатель ЗМЗ-402 были установлены новые тройные компрессионные кольца и головка блока под бензин АИ-92. Так как кольца были новые, не притертые, то физическая степень сжатия была около 8. В процессе работы двигателя компрессионные кольца притирались и физическая степень сжатия увеличивалась, но при этом двигатель работал с опереженным зажиганием. Попытки уменьшить угол опережения зажигания не давали положительного результата. После этого угол опережения зажигания был установлен на 0 (отключен вакуумный автомат и сняты грузики центробежного автомата), после этого эксперимент был продолжен. При работе двигателя не было детонации, но был повышенный шум выпуска, как при опереженном зажигании. Периодически замеряя физическую степень сжатия, она была неодинакова в разных цилиндрах, так как кольца притирались неравномерно. По мере притирания колец шум выпуска усиливался примерно до степени сжатия 10,2. При дальнейшем увеличении степени сжатия шум выпуска начал уменьшаться, а при приближении степени сжатия к 11 стала увеличиваться мощность двигателя при малых нагрузках, а при увеличении нагрузки возникал эффект позднего зажигания, двигатель «чихал» в карбюратор. Увеличение угла опережения зажигания положительного результата не дало. Экспериментально установлено, что при уменьшении сопротивления системы выпуска путем удлинения двойной приемной трубы в два раза расширяется граница эффекта опереженного зажигания.

Проведенные эксперименты показали, что при увеличении степени сжатия для повышения КПД двигателя необходимо нормализовать продувку камеры сгорания, то есть давление в цилиндре в начале продувки должно быть немного ниже, чем давление во впускном коллекторе, при котором остатки выхлопных газов выходят из камеры сгорания, а горючая смесь заполняет камеру сгорания, не проникая в выпускной коллектор. На бензиновом двигателе этого сделать невозможно, но если продувку производить не горючей смесью, а воздухом, то эффекта опереженного зажигания не будет, не будет и повышения сопротивления в системе выпуска. В дизельном двигателе продувка камеры сгорания производится воздухом, а впрыск топлива производится в конце такта сжатия, поэтому эффекта раннего зажигания не происходит при степени сжатия 18 и выше. Продувку воздухом можно производить в бензиновом двигателе как в карбюраторном, так и в инжекторном, для этого двигатель должен иметь два впускных клапана, а выпускных может быть один и два - значения не имеет.

На фиг.1 изображены примерные фазы газораспределения.

Фаза выпуска заканчивается за 5 до верхней мертвой точки. Два впускных клапана имеют разные фазы газораспределения и отдельные впускные каналы, не связанные между собой. У одного клапана - назовем его воздушный, фаза впуска начинается за 15° до ВМТ, а у второго бензинового клапана фаза впуска начинается через 5° после ВМТ. Во впускном канале бензинового клапана устанавливается форсунка в инжекторном двигателе, а в карбюраторном двигателе к каналу бензинового клапана подсоединяется карбюратор.

Работает двигатель следующим образом.

После рабочего хода идет такт выпуска за 15° до ВМТ, открывается воздушный впускной клапан, идет продувка камеры сгорания воздухом, за 5° до ВМТ выпускной клапан или клапаны, если их два, закрываются, продувка закончена. Через 5° после ВМТ открывается бензиновый клапан, через который в цилиндр поступает обогащенная горючая смесь, а через воздушный впускной клапан в цилиндр поступает воздух. В цилиндре горючая смесь смешивается с воздухом, образуя горючую смесь необходимой пропорции воздуха и бензина. Далее идет такт сжатия, рабочий ход и цикл повторяется.

Для снижения сопротивления системы выпуска нужно сделать на каждую пару цилиндров с синхронно двигающимися поршнями отдельную систему выпуска. Максимальную физическую степень сжатия для конкретного двигателя можно определить экспериментальным путем.

Возможно, в инжекторном двигателе дроссельная заслонка будет не нужна, а управление двигателем будет производиться только изменением подачи бензина, то есть изменением длительности импульса впрыска. В этом случае физическая степень сжатия на всех режимах работы двигателя будет максимальной, как в дизельном двигателе.

Технический результат: увеличение КПД бензинового двигателя, и по экономичности он приблизится к дизелю.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ повышения КПД бензинового двигателя путем увеличения степени сжатия и сокращения угла опережения зажигания, отличающийся тем, что фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы, при этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска.

www.freepatent.ru

Способ повышения кпд двигателя увеличением степени сжатия и сокращением угла опережения зажигания

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в бензиновом двигателе с увеличенной степенью сжатия фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы. При этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска, так как продувка камеры сгорания производится не горючей смесью, а воздухом. 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение, - это двигателестроение бензиновых двигателей.

Уровень техники

Известно, что при повышении степени сжатия возникает детонация в цилиндрах двигателя. Для устранения этого недостатка используется бензин с повышенным октановым числом. Чем выше степень сжатия, тем выше октановое число топлива.

Сущность изобретения

Для понимания сущности изобретения надо понять, что происходит в двигателе при опереженном зажигании и при позднем зажигании. При опереженном зажигании возникает детонация, сопровождающаяся стуком в двигателе и резким повышением шума выпуска. Стук в двигателе появляется потому, что горение заряда происходит в уменьшающемся объеме, при этом скачкообразно увеличивается скорость горения заряда, таким же образом увеличивается объем газов и температура газов. Горение заряда заканчивается до прихода поршня в верхнюю ВМТ. Так как температура газов повышена, повышен и объем газов, скорость выхода газов из цилиндра увеличивается, увеличивается их инерционность на столько, что в конце фазы выпуска, то есть в момент открытия впускного клапана давление в цилиндре значительно ниже давления во впускном коллекторе. Поэтому горючая смесь очередного заряда, за время продувки успевает проскочить в выпускной коллектор и далее в систему выпуска, где, сгорая, резко повышает шум выпуска и сопротивление в системе выпуска. При позднем зажигании горение происходит в уменьшающемся объеме, но уменьшение объема происходит медленнее, поэтому горение заряда замедляется после прохода ВМТ, горение продолжается уже в увеличивающемся объеме, и горение заряда замедляется еще больше и может продолжаться при такте "выпуск". В конце фазы выпуска давление в цилиндре выше, чем во впускном коллекторе, и за время продувки еще горящие газы проникают во впускной коллектор и воспламеняют горючую смесь в коллекторе и двигатель "чихает" в карбюратор.

Суть идеи состоит в том, что при увеличении степени сжатия происходит нагрев заряда в цилиндре, а при нагреве заряда увеличивается скорость горения заряда, а значит сокращается максимальный угол опережения зажигания. При сокращении угла опережения зажигания сокращается время воздействия пламени на днище поршня, тарелки клапанов и стенки камеры сгорания, значит меньше энергии пойдет на нагрев двигателя, а больше на работу, и чем выше степень сжатия, тем выше КПД.

Для реализации этого способа увеличения КПД необходимо стабилизировать физическую степень сжатия на протяжении всего срока эксплуатации двигателя, так как на компрессионных кольцах в процессе работы увеличиваются зазоры на стыках, что приводит к снижению степени сжатия почти на 1 ед. за 80-100 тыс. км, увеличению угла опережения зажигания и увеличению расхода топлива. Поэтому в двигателе ЗМЗ-402, на котором проводились эксперименты, установлено тройное компрессионное кольцо, патент №2416749, которое стабилизирует степень сжатия на протяжении не менее 100 тыс. км пробега и повышает физическую степень сжатия до 8,3-8,8 без изменения геометрической степени сжатия головки блока под бензин А-76, с головкой блока под бензин АИ-92 физическая степень сжатия достигла 11.5, после чего эксперимент был прекращен. Использовался бензин АИ-80. Двигатель установлен на автомобиле ГА3-3110.

Суть эксперимента следующая: на двигатель ЗМЗ-402 были установлены новые тройные компрессионные кольца и головка блока под бензин АИ-92. Так как кольца были новые, не притертые, то физическая степень сжатия была около 8. В процессе работы двигателя компрессионные кольца притирались и физическая степень сжатия увеличивалась, но при этом двигатель работал с опереженным зажиганием. Попытки уменьшить угол опережения зажигания не давали положительного результата. После этого угол опережения зажигания был установлен на 0 (отключен вакуумный автомат и сняты грузики центробежного автомата), после этого эксперимент был продолжен. При работе двигателя не было детонации, но был повышенный шум выпуска, как при опереженном зажигании. Периодически замеряя физическую степень сжатия, она была неодинакова в разных цилиндрах, так как кольца притирались неравномерно. По мере притирания колец шум выпуска усиливался примерно до степени сжатия 10,2. При дальнейшем увеличении степени сжатия шум выпуска начал уменьшаться, а при приближении степени сжатия к 11 стала увеличиваться мощность двигателя при малых нагрузках, а при увеличении нагрузки возникал эффект позднего зажигания, двигатель «чихал» в карбюратор. Увеличение угла опережения зажигания положительного результата не дало. Экспериментально установлено, что при уменьшении сопротивления системы выпуска путем удлинения двойной приемной трубы в два раза расширяется граница эффекта опереженного зажигания.

Проведенные эксперименты показали, что при увеличении степени сжатия для повышения КПД двигателя необходимо нормализовать продувку камеры сгорания, то есть давление в цилиндре в начале продувки должно быть немного ниже, чем давление во впускном коллекторе, при котором остатки выхлопных газов выходят из камеры сгорания, а горючая смесь заполняет камеру сгорания, не проникая в выпускной коллектор. На бензиновом двигателе этого сделать невозможно, но если продувку производить не горючей смесью, а воздухом, то эффекта опереженного зажигания не будет, не будет и повышения сопротивления в системе выпуска. В дизельном двигателе продувка камеры сгорания производится воздухом, а впрыск топлива производится в конце такта сжатия, поэтому эффекта раннего зажигания не происходит при степени сжатия 18 и выше. Продувку воздухом можно производить в бензиновом двигателе как в карбюраторном, так и в инжекторном, для этого двигатель должен иметь два впускных клапана, а выпускных может быть один и два - значения не имеет.

На фиг.1 изображены примерные фазы газораспределения.

Фаза выпуска заканчивается за 5 до верхней мертвой точки. Два впускных клапана имеют разные фазы газораспределения и отдельные впускные каналы, не связанные между собой. У одного клапана - назовем его воздушный, фаза впуска начинается за 15° до ВМТ, а у второго бензинового клапана фаза впуска начинается через 5° после ВМТ. Во впускном канале бензинового клапана устанавливается форсунка в инжекторном двигателе, а в карбюраторном двигателе к каналу бензинового клапана подсоединяется карбюратор.

Работает двигатель следующим образом.

После рабочего хода идет такт выпуска за 15° до ВМТ, открывается воздушный впускной клапан, идет продувка камеры сгорания воздухом, за 5° до ВМТ выпускной клапан или клапаны, если их два, закрываются, продувка закончена. Через 5° после ВМТ открывается бензиновый клапан, через который в цилиндр поступает обогащенная горючая смесь, а через воздушный впускной клапан в цилиндр поступает воздух. В цилиндре горючая смесь смешивается с воздухом, образуя горючую смесь необходимой пропорции воздуха и бензина. Далее идет такт сжатия, рабочий ход и цикл повторяется.

Для снижения сопротивления системы выпуска нужно сделать на каждую пару цилиндров с синхронно двигающимися поршнями отдельную систему выпуска. Максимальную физическую степень сжатия для конкретного двигателя можно определить экспериментальным путем.

Возможно, в инжекторном двигателе дроссельная заслонка будет не нужна, а управление двигателем будет производиться только изменением подачи бензина, то есть изменением длительности импульса впрыска. В этом случае физическая степень сжатия на всех режимах работы двигателя будет максимальной, как в дизельном двигателе.

Технический результат: увеличение КПД бензинового двигателя, и по экономичности он приблизится к дизелю.

Способ повышения КПД бензинового двигателя путем увеличения степени сжатия и сокращения угла опережения зажигания, отличающийся тем, что фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы, при этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска.

www.findpatent.ru

способ повышения кпд двигателей с помощью сложного теплового цикла, роторно-поршневой двигатель для осуществления указанного способа и регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя - патент РФ 2403414

Изобретение относится к двигателестроению. Способ повышения КПД двигателей осуществляется с помощью теплового цикла, включающего в себя цикл внутреннего сгорания и теплообменный цикл сбора тепловых потерь. Цикл внутреннего сгорания состоит из четырех тактов: всасывания топлива, сжатия, рабочего хода и выхлопа. Теплообменный цикл сбора тепловых потерь осуществляют за счет прохождения воды через каналы теплообмена корпуса горячей секции и за счет охлаждения водой камер сгорания. Вводят цикл использования этих потерь в рабочем ходе двигателя, включающий нагрев воды до температуры кипения для последующего впрыскивания ее в камеры сгорания. В цикл внутреннего сгорания двигателя дополнительно и параллельно ему введен паровой цикл, представляющий собой впрыскивание кипящей воды (пара) в камеры сгорания с увеличением массы рабочего тела в два раза и образованием парогазовой смеси. Теплообменный цикл сбора тепловых потерь включает также прохождение воды через каналы теплообмена выхлопной трубы и последующее использование подогретой воды в паровом цикле. Техническим результатом является повышение КПД. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Заявляемая группа изобретений относится к области двигателестроения, преимущественно к производству роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для использования в автомобилях.

В настоящее время в автомобилестроении применяются различные способы повышения коэффициента полезного действия (КПД) двигателей и различные конструкции двигателей.

Известен, например, роторный двигатель, содержащий корпус с впускным и выпускным клапанами и торцевыми крышками, профилированный цилиндрический ротор с выступами, концентрично установленный в корпусе с образованием с внутренней поверхностью последнего рабочих камер, подпружиненную разделительную лопасть, установленную в радиальном пазу корпуса между впускным и выпускным каналами с возможностью взаимодействия с профилированной поверхностью ротора, и клапан, размещенный в пазу корпуса с возможностью взаимодействия с разделительной пластиной и перекрытия впускного клапана, причем двигатель снабжен уплотнительными элементами, расположенными на выступах ротора, клапан выполнен в виде двух пластин с окнами, одна из которых неподвижно закреплена во впускном канале, другая размещена в последнем с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно первой и совмещения окон, а ширина лопасти равна ширине ротора в направлении продольной оси движения (патент СССР № 1836573, кл. F01C 1/356, приоритет 11.01.91 г., опубл. 23.08.93 г., бюл. № 31).

Недостатком известного двигателя является недостаточно эффективный тепловой цикл с одноразовым преобразованием тепла в полезную работу, кроме того, ротор вращается эксцентрично, что приводит к вибрациям, потере энергии и сокращению моторесурса двигателя.

Известен также роторно-поршневой двигатель братьев Ольховенко, содержащий цилиндрический корпус с боковыми крышками и размещенными в нем всасывающим и выхлопным окнами, расположенную в корпусе камеру сгорания, оснащенную источником воспламенения, ротор, поршневые элементы, имеющие шарнирное крепление на эксцентриковом валу и опирающиеся на ротор и боковые крышки корпуса, механизм синхронизации эксцентрикового вала и перекрывающие всасывающие и выхлопные окна кольца, уплотнение и систему смазки, в котором полнопоточная камера сгорания, внутренние стенки которой облицованы огнеупорным теплоизолятором, контактирует с внутренней частью двигателя посредством впускного и выпускного окон, при этом выпускное окно камеры сгорания расположено примерно диаметрально по отношению к выхлопному окну двигателя, всасывающее окно которого расположено примерно под углом 140 градусов к впускному окну камеры сгорания, источник воспламенения в камере сгорания работает во время пуска двигателя и отключается после его прогрева, камера сгорания снабжена отверстием для газа, имеющим возможность соединения с отверстием подачи сжатого газа в полость двигателя, в роторе которого по периферии размещены перегородки, ограниченные диаметром ротора, радиусом поршня и головкой поршня, в промежуточном вале, выполненном с возможностью поворота, имеющем общую ось с ротором, расположен опорный вал, поршневые элементы, усиленные ребрами жесткости в сечении Ш-образной формы, имеют кривизну, равную радиусу диска ротора, теплоизолированы со стороны, обращенной к обечайке корпуса, шарнирно связаны с роторными дисками, имеющими теплоизоляцию, и шатунами, шарнирно связанными со ступицей шатунов, жестко связанной с опорным валом, имеющим зубчатое колесо, связанное с блоком шестерен промежуточного вала, который посредством блока шестерен связан с зубчатым колесом ротора с передаточным числом один к одному, обеспечивающим вращение ротора и ступицы шатунов с одинаковым числом оборотов (патент РФ № 2168034, кл. F02B 55/00, приоритет 14.05.97 г., опубл. 2001.05.27).

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции и недостаточно высокий КПД, обусловленный наличием сложных шестеренчатых передач, шатунов, опорных и промежуточных валов.

Наиболее близким к заявляемой группе изобретений является сбалансированный роторный двигатель внутреннего сгорания по патенту США № 3797464, 1974 г., содержащий корпус и ротор с дуговыми поверхностями, ротор вращается относительно корпуса, на дуговых поверхностях корпуса и ротора установлены подпружиненные выдвижные лопатки, осуществляющие передачу усилий газов при рабочем ходе в наиболее удаленной от центра вращения точке по касательной к окружности вращения ротора, каналы газообмена, систему газораспределения, систему зажигания, систему охлаждения, боковые уплотнительные кольца, торцевые крышки.

Недостатком известного роторного двигателя внутреннего сгорания является низкий КПД, обусловленный в первую очередь тем, что через систему охлаждения и выхлопную трубу теряется до 65% тепла. Камера сгорания, расположенная внутри корпуса, нагревает весь двигатель и вынуждает иметь мощную систему охлаждения, что усложняет конструкцию и удорожает двигатель.

Задачей группы изобретений является устранение указанных недостатков и создание способа повышения КПД роторно-поршневого двигателя за счет использования сложного теплового цикла, устройства, его осуществляющего - роторно-поршневого двигателя, а также регулятора оборотов вала указанного двигателя.

Способ повышения КПД двигателей включает в себя цикл внутреннего сгорания, теплообменные циклы сбора тепловых потерь, при этом цикл внутреннего сгорания, состоящий из четырех тактов: всасывания топлива, сжатия, рабочего хода и выхлопа, осуществляют за время прохождения одного такта, теплообменный цикл сбора тепловых потерь осуществляется за счет прохождения воды через каналы теплообмена корпуса горячей секции и охлаждения водой камеры сгорания, и цикл использования этих потерь в рабочем ходе двигателя, включающий нагрев воды до температуры кипения для последующего впрыскивания ее в камеры сгорания, кроме того, в цикл внутреннего сгорания двигателя дополнительно и параллельно ему введен паровой цикл, представляющий собой впрыскивание кипящей воды (пара) в камеры сгорания с увеличением массы рабочего тела примерно в два раза и образованием парогазовой смеси, а теплообменный цикл сбора тепловых потерь включает также прохождение воды через каналы теплообмена выхлопной трубы. Роторно-поршневой двигатель для реализации указанного способа включает в себя корпус, ротор, вал, камеру сгорания, две отделенные друг от друга секции: холодную, где идут такты всасывания и сжатия, и горячую, где идут такты рабочего хода и выхлопа, между секциями установлен газораспределительный диск, с внешней стороны двигателя каждая секция имеет торцевые крышки, при этом внутри каждой секции установлен выполненный, например, в виде эллипса ротор, причем ротор горячей секции имеет большую ширину, чем ротор холодной секции, для увеличения площади приложения силы, оба ротора закреплены на валу, горячая секция имеет больший объем, чем холодная, для увеличения длины рабочего хода, на дуговых поверхностях корпуса и роторов установлены сменные пластины из износостойкого материала, в горячей секции под указанной пластиной установлены дополнительно теплоизоляционные ленты, а дуговые поверхности корпусов и роторов образуют не менее двух рабочих камер, при этом на роторы установлены подпружиненные выдвижные рабочие лопатки, на корпусе в обеих секциях установлены разграничивающие один такт от другого лопатки, количество которых равно количеству лопаток на роторах, а камеры сгорания вынесены из внутреннего объема корпуса на его внешнюю поверхность, причем на каждую рабочую камеру горячей секции установлены по две камеры сгорания, работающие поочередно, при этом камеры сгорания теплоизолированы от корпуса прокладками и закрыты теплоизолирующим колпаком, ротор горячей секции по отношению к ротору холодной секции смещен в сторону, противоположную направлению вращения, для обеспечения запаздывания рабочего хода на время, достаточное для полного сгорания топливной смеси, впрыскивания воды в камеры сгорания и парообразования. Регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя содержит вал, корпус, торцевые крышки, подшипники, причем на валу установлены пластины, которые с помощью шарниров, грузов и тяг, расположенных между пластинами, соединены между собой и с системой рычагов, на валу установлена пружина с возможностью сжатия при вращении вала от действия центробежной силы, при этом пружина через указанные пластины и систему рычагов может закрывать или открывать кран топливопровода.

Группа изобретений иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 - продольный разрез двигателя по А-А, на фиг.2 - разрез Б-Б через горячую секцию при двух рабочих камерах в секции, на фиг.3 - схема работы двигателя с улучшенным тепловым циклом, на фиг.4 - разрез Б-Б через горячую секцию при трех рабочих камерах в секции, на фиг.5 - разрез Б-Б через горячую секцию при четырех рабочих камерах в секции, на фиг.6 - регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя, на фиг.7 - рабочая лопатка холодной секции, на фиг.8 - схема сбора тепловых потерь выхлопных газов, продольный разрез.

Предлагаемый роторно-поршневой двигатель (фиг.1) включает в себя корпус 1, две отделенных друг от друга секции: холодную 2 и горячую 3, каждая секция имеет с двух сторон по два уплотнительных кольца 4 и внутренние уплотнительные кольца 5. С внешней стороны двигателя каждая секция имеет торцевые крышки 6. Внутри каждой секции находится выполненный в виде эллипса ротор. Ротор 7 холодной секции имеет в несколько раз меньшую ширину, чем ротор 8 горячей секции. Ротор 8 горячей секции шире ротора 7, так как объем рабочего тела в горячей секции 3 двигателя больше, чем в секции 2. За счет увеличения габаритов ротора 8 увеличена площадь приложения силы при прохождении рабочего хода и увеличен КПД. Оба ротора 7 и 8 с помощью шлицев соединены с полым валом 9, вращающимся на подшипниках 10. Между секциями 2 и 3 установлен газораспределительный диск 11. С внешней стороны секций ставятся и закрепляются на валу опорные шайбы 12. На дуговые поверхности корпуса и роторов установлены штампованные из металла пластины 13, что упрощает ремонт двигателя (при их износе достаточно снять изношенные пластины и установить новые). В горячей секции 3 под эти металлические пластины 13 ставятся такие же по форме и размерам теплоизоляционные ленты 14. Между боковыми уплотнительными кольцами 4 в горячей секции 3 также установлены теплоизоляционные кольца 15. Эта теплоизоляция позволяет значительно снизить тепловые потери в двигателе. Подшипники 10 с внутренней и внешней сторон имеют крышки 16. Дуговые поверхности корпусов 1 и роторов 7 и 8 образуют как в холодной секции 2, так и в горячей секции 3 несколько, например две, рабочие камеры 17. На ротор 7 холодной секции 2 и ротор 8 горячей секции 3 установлены подпружиненные выдвижные рабочие лопатки 18, на корпусе в обеих секциях 2 и 3 установлены по две разграничивающие один такт от другого лопатки 19 для уменьшения износа всех лопаток и металлических лент как на корпусе двигателя, так и на роторе, на концах лопаток, соприкасающихся с лентами, выполнена круглая проточка, куда вставлен несколько меньшего диаметра круглый ролик 51 (фиг.7), выполняющий роль подшипника. На дне проточки выполнена канавка 52 для смазки ролика. Таким образом, трение при скольжении лопаток заменяется качением, ролики катятся по дуговым поверхностям корпуса и роторов, сокращая их износ и потери энергии на трение, увеличивая тем самым моторесурс двигателя, удлиняя межремонтный период и сокращая расходы на эксплуатацию. Камеры сгорания 20 вынесены из внутреннего объема корпуса 1 на его внешнюю поверхность. На каждую рабочую камеру 17 горячей секции 3 установлены по две работающие поочередно камеры 20 сгорания, которые снабжены свечами зажигания (не показаны) и расположены с разных сторон корпуса 1. Камеры 20 через газообменные каналы (не показаны) и газораспределительную систему (не показана) соединяют холодную секцию 2 с горячей секцией 3. От корпуса 1 камеры сгорания 20 теплоизолированы прокладками 21, сверху они закрыты колпаком 22, и он изнутри и снаружи также покрыт теплоизоляцией. Теплоизоляция горячей секции 3 дает возможность собрать тепло в камерах сгорания 20, изолировать его от корпуса 1 и внешней среды, использовать его в паровом цикле для получения полезной работы и увеличения КПД. Во внутренних уплотнительных кольцах 5 (фиг.2) горячей секции 3 имеются сообщающиеся между собой полости 23. Через нижний патрубок 24 полости соединены с водяной емкостью (не показана), а через верхний патрубок 25 соединены с радиатором водяного охлаждения (не показан). Охлаждение ротора горячей секции осуществляется воздухом от вентилятора через полую ось-трубу, как показано на фиг.1.

Регулятор оборотов вала роторно-поршневого однотактного двигателя включает в себя корпус 26 (фиг.6), представляющий из себя отрезок трубы с лапами для крепления к корпусу двигателя (не показано), торцевые крышки 27, в них имеются гнезда для подшипников 28, на которых вращается вал 29, выходящий с одной стороны за заднюю торцевую крышку 27 на 4-5 см, на этот конец вала 29 крепится либо шкив, либо шестерня (не показано) для создания кинематической связи с валом 9. Внутри корпуса 26 с задней стороны вал 29 имеет резьбу, на которую заворачиваются две гайки 30, между которыми установлена пластина 31, эта пластина и гайки служат для настройки регулятора оборотов на необходимый режим работы и вращаются вместе с валом 29. На вал 29 надета спиральная пружина 32 и каретка 33, каретка не вращается вместе с валом 29, а только перемещается вдоль него. Каретка 33 со стороны пружины 32 имеет бортик, в который упирается пластина 34, имеющая гнездо для подшипника 35. Пластины 31 и 34 на шарнирах через грузы 36 и тяги 37 соединены между собой. К каретке 33 с другого ее конца жестко закреплена пластина 38, имеющая отверстия для крепления проволочных тяг 39, которые через систему рычагов 40 соединены с краном 41 на топливопроводе 42.

Сбор тепловых потерь выхлопных газов осуществляется путем установки теплообменной трубы 43 на выхлопную трубу 44 с образованием зазора 45 для циркуляции воды. Для увеличения площади теплообмена и уменьшения габаритов теплообменного устройства выхлопные газы поступают в змеевик 46, который расположен в корпусе 47 теплообменного устройства. Для заливки воды корпус имеет горловину 48, а для слива воды - сливной кран 49. Корпус 47 и труба 43 покрыты слоем теплоизоляции 50 для уменьшения тепловых потерь.

Двигатель реализует способ повышения КПД следующим образом (фиг.3). При вращении ротора 7 холодной секции 2 в обеих его рабочих камерах 17 обе его выдвижные рабочие лопатки 18 вместе с ротором 7 начинают движение по дуговым поверхностям корпуса 1, а выдвижные лопатки 19 корпуса 1 одновременно начинают движение по дуговым поверхностям ротора 7. Между ними в обеих рабочих камерах 17 увеличиваются объемы, создается разрежение, и топливная смесь из карбюратора через газообменные каналы поступает в обе рабочие камеры 17 холодной секции 2. При вращении ротора 7 его выдвижные лопатки 18 проходят выдвижные лопатки 19 корпуса 1, которые отсекают в обеих рабочих камерах 17 определенное их объемом количество топливной смеси. Продолжая двигаться, лопатки 18 ротора 7 начинают одновременно с одной стороны лопатки 18 сжимать, а с другой стороны этой лопатки всасывать топливную смесь. Сжимаемая топливная смесь через газораспределительную систему подается в одну их камер сгорания 20. Холодная секция 2 в данном случае работает как насос, горячая секция 3 работает как расширитель, выходящая из камер сгорания 20 парогазовая смесь толкает лопатки 18 ротора 8, совершая рабочий ход, с противоположной стороны этой лопатки одновременно идет выхлоп. Камеры сгорания 20 в двигателе работают поочередно, если в одной из них идет такт сжатия, то в другой одновременно идет такт рабочего хода и наоборот. Такое постоянное одновременное параллельное прохождение четырех тактов сложного теплового цикла за время прохождения одного такта означает, что двигатель однотактный, за счет чего за один оборот вала 9 при двух рабочих камерах 17 в секциях 2 и 3 проходят четыре рабочих хода, при трех рабочих камерах (фиг.4) в секциях - девять рабочих ходов, при четырех рабочих камерах (фиг.5) - шестнадцать рабочих ходов и так далее, но при обязательном условии установки двух камер сгорания 20 на каждую рабочую камеру 17. Для осуществления парового цикла впрыскивание воды в камеры сгорания 20 нужно производить только после полного сгорания топливной смеси, для этого нужно время, время нужно и для испарения воды и нагревания пара. Для этого ротор 8 горячей секции 3 смещен по отношению к ротору 7 холодной секции 2, поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения, для запаздывания начала такта «рабочий ход» на угол, достаточный по времени движения ротора 8 для полного сгорания топливной смеси, образования и нагревания пара. Парогазовая смесь не оставляет в камерах сгорания нагара, часто являющегося причиной детонации топлива. Остающееся в камерах сгорания после прохождения рабочего хода некоторое количество парогазовой смеси является идеальной, совершенно безвредной антидетонационной присадкой к топливной смеси. Парогазовая смесь из камер сгорания 20 через каналы газообмена подается в рабочие камеры 17 горячей секции 3 для совершения полезной работы. Длина дуговых поверхностей корпуса 1 в рабочих камерах 17 как в холодной 2, так и в горячей 3 секциях от одной лопатки 19 до другой при радиусе вращения ротора 8 от центра вращения вала до наиболее удаленной части ротора 8, например, 10 см составит 40-42 см, длина рабочего хода с учетом наличия газообменных каналов составит 30-35 см, что будет способствовать повышению КПД. Паровой цикл может быть построен и по-другому. Например, в камеры сгорания 20 можно подавать не воду, а нагретый пар, но для этого потребуется более сложная система нагревания пара и его подачи в камеры сгорания, а достигнутое увеличение КПД окажется незначительным.

Регулятор оборотов вала (фиг.6) работает следующим образом. При уменьшении нагрузки, например, при движении под уклон или при остановках увеличивается число оборотов вала 9 двигателя, и это увеличение оборотов передается на вал 29 и через тяги 37 и грузы 36 на систему рычагов 40. Увеличивается частота вращения, и центробежная сила через пластины 31 и 34 сжимает пружину 32 и закрывает при этом кран 41 топливопровода 42. Рычаг, идущий от регулятора, имеет продольное, длиной несколько миллиметров, отверстие, которое дает возможность работать двигателю в определенном диапазоне частот вращения и при достижении некоего порога частоты он закрывает кран 41 подачи топлива, в это время вал 9 двигателя несколько минут вращается по инерции, экономя топливо, а при достижении наименьшего значения частоты вращения (не равной нулю) открывает его. Двигатель, сделав 4-5 рабочих ходов, вновь набирает скорость вращения и вновь закрывает кран подачи топлива. Применение в двигателе данного регулятора может сэкономить при езде вне города 10-15%, а в городе до 30% топлива, уменьшить выбросы в атмосферу выхлопных газов и тепла.

При организации парового цикла на каждый литр топливной смеси требуется 1 куб. см воды, при двух рабочих камерах 17 в секциях при тысяче оборотов вала 9 и роторов 7 и 8 в минуту произойдет 4000 циклов с расходом воды 4 литра, за час работы двигателя потребуется 240 литров воды, поэтому для двигателя предусмотрена оборотная система водоснабжения с конденсацией пара (не показана). Для уменьшения шума при выхлопе рабочие камеры 17 в горячей секции 3 можно выполнить по объему несколько больше объема рабочего тела. После сгорания топливной смеси в камере сгорания объемом в 125 куб. см получим рабочее тело с давлением 50 бар. Уходящие выхлопные газы используют в своем рабочем ходе только часть температурного диапазона цикла ДВС, преобразуется в полезную работу в среднем 35%. Основная часть тепла через выхлопную трубу и систему охлаждения в известных двигателях выбрасывается в атмосферу. Предлагаемый двигатель закрывает эти каналы потерь тепла. Основной источник тепла и нагревания двигателя - расположение камер сгорания во внутренней его части. Для повышения КПД необходимо вынести камеры сгорания на внешнюю поверхность корпуса, теплоизолировать их, уменьшить нагревание двигателя и снизить температуру рабочего тела не менее чем вдвое. Для этого после окончания сгорания топливной смеси в камеры сгорания насосом через распылительные форсунки впрыскивается предварительно нагретая теплообменными циклами сбора тепловых потерь вода, например 1 куб. см, при ее испарении получим 1600 куб. см пара, масса рабочего тела увеличится. Снижение температуры увеличенной массы рабочего тела произойдет внутри замкнутого объема камер сгорания без потерь энергии. Давление при этом поднимется незначительно, на 2-3 бар. Увеличение давления произойдет за счет нагревания воды теплообменными циклами сбора тепловых потерь и использования этой энергии в сложном тепловом цикле (когда и параллельно, и последовательно идут одновременно несколько тепловых циклов с установлением связей между ними).

Увеличения мощности двигателя можно добиться двумя способами, например на удлиненный вал поставить несколько однотипных двигателей или увеличить количество рабочих камер 17 в секциях 2 и 3 и соответственно увеличить количество циклов за один оборот вала 9 (фиг.4 и 5).

Повышение КПД предлагаемого двигателя достигается также за счет введения парового цикла, с помощью которого снижается температура рабочего тела в камерах сгорания без потерь энергии до 1100-1200 градусов, тем самым снижается температурный напор на корпус и узлы двигателя, увеличивается в несколько раз масса рабочего тела, объем расширения, площадь приложения силы и длина рабочего хода, что позволяет улучшить соотношение между массой рабочего тела и его температурой, давлением, объемом расширения и временем прохождения теплового цикла. Благодаря этому обеспечена однотактность двигателя, постоянное одновременное параллельное прохождение всех четырех тактов цикла за время прохождения одного такта и тем самым «сжатие» теплового цикла во времени, что вместе с теплоизоляцией горячей секции 3 и камер сгорания 20 резко уменьшает бесполезное расходование тепла на нагревание двигателя, а температура выхлопных газов снижается до 150-200 градусов, тем самым повышена эффективность использования тепловой энергии в двигателе и повышен его КПД.

Полезная работа роторно-поршневого двигателя на основе вышеописанного сложного теплового цикла будет равна:

L=(t 1-t2):t1,

где L - КПД в процентах, t1 - температура рабочего тела перед началом рабочего хода, t2 - температура выхлопных газов.

КПД=(1150-200):1150=82%.

КПД может колебаться около приведенного значения на ±5%. Наряду с увеличением КПД двигателя достигаются и другие положительные эффекты, сокращается расход энергоресурсов, уменьшаются выбросы в атмосферу тепла и выхлопных газов, выхлопные газы за счет присутствия водяного пара имеют меньшую токсичность, что позволит улучшить экологическую обстановку, особенно в крупных городах.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ повышения КПД двигателей с помощью теплового цикла, включающего в себя цикл внутреннего сгорания и теплообменный цикл сбора тепловых потерь, цикл внутреннего сгорания состоит из четырех тактов: всасывания топлива, сжатия, рабочего хода и выхлопа, теплообменный цикл сбора тепловых потерь осуществляют за счет прохождения воды через каналы теплообмена корпуса горячей секции, отличающийся тем, что теплообменный цикл сбора тепловых потерь осуществляют также за счет охлаждения водой камер сгорания и вводят цикл использования этих потерь в рабочем ходе двигателя, включающий нагрев воды до температуры кипения для последующего впрыскивания ее в камеры сгорания, кроме того, в цикл внутреннего сгорания двигателя дополнительно и параллельно ему введен паровой цикл, представляющий собой впрыскивание кипящей воды (пара) в камеры сгорания с увеличением массы рабочего тела в два раза и образованием парогазовой смеси, а теплообменный цикл сбора тепловых потерь включает также прохождение воды через каналы теплообмена выхлопной трубы и последующее использование подогретой воды в паровом цикле.

2. Роторно-поршневой двигатель для реализации способа повышения КПД двигателей, включающий в себя корпус, вал, камеру сгорания, корпус выполнен из двух отделенных друг от друга секций: холодной, где идут такты всасывания и сжатия, и горячей, где идут такты рабочий ход и выхлоп, на корпусе в обеих секциях установлены разграничивающие один такт от другого лопатки, камеры сгорания вынесены из внутреннего объема корпуса на его внешнюю поверхность, причем на каждую рабочую камеру горячей секции установлены по две камеры сгорания, работающие поочередно, отличающийся тем, что двигатель включает в себя регулятор оборотов вала, между секциями установлен газораспределительный диск, при этом внутри каждой секции установлен выполненный, например, в виде эллипса ротор, причем ротор горячей секции имеет большую ширину, чем ротор холодной секции для увеличения площади приложения силы, оба ротора закреплены на валу, горячая секция имеет больший объем, чем холодная для увеличения длины рабочего хода, а дуговые поверхности корпуса и роторов образуют не менее двух рабочих камер, при этом на роторы установлены подпружиненные выдвижные рабочие лопатки, количество разграничивающих один такт от другого лопаток, установленных на корпусе в обеих секциях, равно количеству лопаток на роторах, при этом ротор горячей секции по отношению к ротору холодной секции смещен в сторону, противоположную направлению вращения, для обеспечения запаздывания рабочего хода на время, достаточное для полного сгорания топливной смеси, впрыскивания воды в камеры сгорания и парообразования.

3. Роторно-поршневой двигатель по п.2, отличающийся тем, что с внешней стороны двигателя каждая секция имеет торцевые крышки.

4. Роторно-поршневой двигатель по п.2, отличающийся тем, что на дуговых поверхностях корпуса и роторов установлены сменные пластины из износостойкого материала.

5. Роторно-поршневой двигатель по п.2, отличающийся тем, что в горячей секции под сменной пластиной установлены дополнительно теплоизоляционные ленты.

6. Роторно-поршневой двигатель по п.2, отличающийся тем, что камеры сгорания теплоизолированы от корпуса прокладками и закрыты теплоизолирующим колпаком.

7. Роторно-поршневой двигатель по п.5, отличающийся тем, что на концах всех лопаток, соприкасающихся с лентами, по всей их ширине выполнена продольная круглая проточка, на дне которой выполнена канавка для масла, а в проточку вставлен ролик.

8. Регулятор оборотов вала роторно-поршневого двигателя, содержащий вал, подшипники, шарниры, грузы и тяги, отличающийся тем, что регулятор содержит корпус и торцевые крышки, на валу установлены пластины, которые с помощью шарниров и грузов и тяг, расположенных между пластинами, соединены между собой и с системой рычагов, на валу установлена пружина с возможностью сжатия при вращении вала от действия центробежной силы, при этом пружина через указанные пластины и систему рычагов может закрывать или открывать кран топливопровода.

www.freepatent.ru

Повышение кпд двигателя | Turbobazar.ru

В последнее время чётко прослеживается тенденция автопроизводителей к повышению экономичности двигателей за счёт увеличения степени сжатия. И некоторые добились в этом успеха, в частности немецкий тси или японский скайэктив. Да и на форуме то и дело появляются сообщения про выбор степени сжатия и как съэкономить лишний грам бензина, так что считаю тему актуальной. Но я предлагаю обсудить не творения автомобильных концернов, а нашумевший двигатель Иббадулаева. И так по заявлению автора его двигатель работает при просто запредельных значениях степени сжатия, мне встречалась цифра больше 20 при практически стандартном железе. Обещая при этом мизерный расход топлива. Читая теоритические выкладки автора можно понять, что он довольно смутно представляет физику процессов, протекающих в двигателе. Но мы предположим что по крайней мере эта часть заявления правда. Из практики известно что степень сжатия всегда ограничивается по максимуму из условия отсутствия детонационного сгорания смеси. И также известно что при таких значениях степени сжатия работа без детонации невозможна. Отсюда вопрос как автор смог этого добиться? Прочитав пару статей за авторством самого Иббадулаева можно понять что его двигатель не избавлен от детонации, а совсем наоборот. Стоит хоть на лишний миллиметр надовить на педаль газа и тут же появляется детонация, отпускаем педаль она пропадает. Из этого можно сделать вывод что всё немного не так как заявляет автор возможно в силу своей неграмотности. Двигатель хоть и имеет высокую геометрическую степень сжатия, но благодаря низкому коэффициенту наполнения из-за сильного дросселирования воздушного потока сохраняет компрессию во вполне разумных пределах. То-есть если взять 2 литровый двигатель со степенью сжатия 20 и на такте впуска сдросселировать поток так чтобы в цилиндры попал только 1 литр воздуха, то во время такта сжатия этот двигатель будет работать аналогично 1 литровому со степенью сжатия 10 и детонации по этой причине не будет. Но зачем всё это надо? Почему просто не взять двигатель меньшего объёма с нормальной степенью. Чтобы понять зачем, нужно вспомнить что у двигателя помимо степени сжатия есть и степень расширения, благодаря которой мы и получаем полезную работу. Но в классическом двс эти 2 величины геометрически равны. В двигателе Иббадулаева они тоже равны геометрически, но не фактически. Вспомним что степень сжатия у такого 2х литрового двигателя будет аналогична обычному 1 литровому, а вот степень расширения по прежнему останется 20 к 1. И так мы имеем много расширения и мало сжатия, а это значит больше полезной работы и меньше затраченной, то-есть рост кпд. Плюшки закончились, теперь о минусах.Такой двигатель будет исключительно атмосферным по 2 причинам. Т.к. кпд у двигателя выше следовательно меньше энергии вылетает в трубу, а именно этой энергией мы крутим турбокомпрессоры. Во-вторых повышать коэффициент наполнения, а именно это происходит когда двигатель начинает работать на избыточном давлении, бесмысленно. Мы и так сознательно его ограничиваем. А самый главный недостаток этого двигателя это его низкая литровая мощность. Ведь в 2 литровый двигатель попадает всего половина от возможного количества смеси. Значит 2 литровый двигатель будет на уровне 1 литрового, пусть и немного мощнее за счёт большего кпд. Такой двигатель будет дороже, менее долговечный, более вибронагруженный из-за сильной неравномерности рабочего хода. Будет обладать сложной системой управления с электронной заслонкой и развитой системой контроля детонации. И всё это ради экономии пары литров бензина на 100 км. Естественно такой двигатель спроса на рынке не получит. Какой можно сделать вывод. Иббадулаев или не понимает или сознательно умалчивает основопологающий принцип работы, но сам по себе такой двигатель построить можно, правда применим только для поджопного авто потому что динамикой будет аналогичен малолитражке. На тестах проверки компрессии с полностью открытым дросселем он будет показывать запредельные значения компрессии, но эти замеры будут не объективными. Если внимательно подумать то можно предположить что литровую мощность можно вернуть за счёт увеличения числа оборотов, ведь такой низкий коэффициент наполнения мы можем сохранять при значительных расходах. Но сама задача крутить длиноходный двигатель тяжело выполнима в силу сопромата при высоких линейных скоростях деталей шпг. А именно таким должен быть двигатель с очень высокой степенью сжатия, ради сохранения камеры сгорания приемлемой формы. Потому повышенную мощность за счёт оборотов можно демонстрировать только кратковременно на стенде, что мы и видим.

 

turbobazar.ru

Фактор – повышение КПД двигателя.

Принцип работы биокатализатора MPG

Рассмотрим 3 фактора, благодаря которым происходит экономия топлива:

фактор – повышение КПД двигателя.

Наибольшая часть имеющихся на рынке присадок к топливу и кондиционирующих материалов являются обычными детергентами, которые служат для повышения октанового числа, очистки топливной системы и т.п., но не улучшающих характеристик сгорания горючего, или, что еще более важно, не оказывают воздействия на саму камеру сгорания. Благодаря этому продукты MPG выгодно отличаются от всех остальных. Именно в этом и заключается объяснение эффективности нашей технологии. Важно понимать, что технология MPG работает в самой камере сгорания!

Не секрет, что всего лишь 15-40% энергии от сгорания топлива превращается в механическую энергию. Поэтому, наибольшие потери КПД автомобильного двигателя это потеря тепла. Большинство специалистов считают, что сохранение тепла – самый практичный способ увеличения термического КПД в современном двигателе. Это приводит к увеличению степени сжатия и, соответственно, к увеличению мощности. Аналогичный подход применяют в двигателях ФОРМУЛА-1, напыляя тефлоновое покрытие на стенках камеры сгорания, клапанах и днище поршня. Таким образом, термический КПД удается поднять с 0,26 до 0,34. Это ощутимо! Но эта процедура дорогостоящая, и тефлон довольно быстро прогорает.

Компании FFI удалось разработать технологию наведения каталитического покрытия в камере сгорания, благодаря которому термический КПД удается поднять с 0,26 до 0,30. Наш продукт производит кондиционирование камеры сгорания, обеспечивая особые условия, при которых используется больше тепла, выделяемого сгоранием топлива. Это работает так: перед каждой заправкой, в бак помещают продукт MPG, который полностью растворяется на молекулярном уровне и вместе с топливом подается в камеру сгорания. При воспламенении продукт активируется и обрабатывает металлические поверхности, образуя на стенках цилиндра, на днище поршня и на поверхности камеры сгорания микропленку толщиной всего 0,01 микрона. Во время сгорания карбоксильный металл создает остаток окисла на горячих поверхностях. Этот процесс называется – термальное окисление.

Это дает следующие преимущества:

1) Микропленка меняет характеристики теплопоглощения металла. Фактически, эта пленка препятствует передаче теплового излучения, тоесть образует так называемый тепловой барьер. Это непосредственно приводит к увеличению степени сжатия/расширения и, соответственно, к увеличению мощности ДВС. При этом общий температурный режим самого двигателя и клапанов не меняется, тоесть перегрева не происходит! Более того, двигатель работает в более щадящем режиме.

2) Пленка создает эффект полированной поверхности, обеспечивая более равномерное распределение горючего. Это можно сравнить с образованием водяных шариков на окрашенной полированной поверхности. Микропленка притягивает жидкое горючее, приводя к его лучшему распределению и воспламенению.

3) Пленка в сочетании с теплом цилиндра вызывает каталитическую реакцию, которая способствует более эффективному сгоранию топлива. Скорость сгорания увеличивается в 2-2,5 раза! Поэтому, на каких бы оборотах не работал ваш двигатель, топливо полностью успевает сгореть в камере сгорания, а не догорает в выхлопной системе автомобиля, как это было до применения продукта. Кроме того, сама каталитическая реакция является экзотермической и выделяет дополнительную энергию в виде тепла.

В целом, эти преимущества приводят к увеличению степени сжатия в цилиндре на 30-40% при томже количестве горючего.

4-i-5.ru

Как повышать КПД теплового двигателя

Полезная работа, выполняемая любой тепловой машиной, равна отношению разности теплоты полученной нагревателем и холодильником к теплоте, полученной нагревателем. В идеальной тепловой машине с максимальным КПД (цикл Карно), он равен отношению разности температур нагревателя и холодильника к температуре нагревателя.

Вам понадобится

- набор инструментов;- газовая турбина;- двигатель внутреннего сгорания.

Спонсор размещения P&G Статьи по теме "Как повышать КПД теплового двигателя" Как найти работу газа Как определить теплоту сгорания Как измерить компрессию

Инструкция

1

К наиболее популярным тепловым двигателям относят газовую турбину и двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы повысить КПД турбины, увеличьте температуру нагревателя и уменьшите температуру холодильника. Для этого найдите такой угол наклона лопаток, при котором большая часть энергии газа будет передаваться им, превращаясь в механическую. Тогда температура газа в холодильнике снизится. Сделать это практически достаточно сложно, этой проблемой сегодня занимаются лучшие технические институты. Поэтому делайте грубую настройку, находя угол, при котором турбина в потоке газа имеет наибольшую частоту вращения.

2

Разберите кожух турбины и очистьте ее лопасти и вал от загрязнения, которое появляется на них в результате прохождения мощного газового потока. После этого смажьте крепления турбины, в случае необходимости замените подшипники на валу. Это поможет значительно снизить силу трения и увеличит КПД устройства.

3

Для того чтобы увеличить КПД турбины, увеличьте температуру газа, подающегося на ее лопасти. При этом следите, чтобы турбина постоянно охлаждалась, то есть температура холодильника значительно не повышалась. При таком способе увеличения КПД, лопатки турбины могут быстро выйти из строя.

4

Увеличьте КПД ДВС, используя качественное топливо, например, бензин с высоким октановым числом. При его сгорании выделяется большее количество теплоты, что при равных температурах холодильника приводит к тому, что КПД двигателя повышается. Для уменьшения потерь на трение и инертность поршневой группы, установите кованые поршни, которые легче и меньше по размерам. Они выдерживают более высокие температуры, что позволит форсировать двигатель, доработав форсунки для впрыска топлива. Формирование двигателя приведет к увеличению расхода топлива с одновременным увеличением мощности, поэтому КПД в этом случае не увеличится. Для повышения КПД ДВС своевременно заменяйте моторное масло, уменьшая трение между деталями мотора. Как просто

masterotvetov.com