Патент на изобретение №2272918
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ТЕПЛОВОЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области двигателестроения. Предложен способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания, при котором топливо сжигается в сжатом воздухе, а продукты сгорания, расширяясь, совершают механическую работу, при этом соотношение между степенью сжатия воздуха и степенью расширения рабочих газов рассчитывается по формуле: где
Изобретение относится к области двигателестроения. Известен способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу /«Курс физики», Москва, 1966. Часть вторая, стр.206-212/. При этом только 20…40% тепловой энергии превращается в полезную и примерно столько же теряется с выхлопными газами. Происходит это потому, что в обычном ДВС степень расширения равна или меньше степени сжатия и не хватает объема, чтобы произошло максимально возможное превращение тепловой энергии в механическую. Частичное снижение потерь происходит в цикле Аткинсона за счет превышения степени расширения над степенью сжатия. Это достигается более поздним закрытием впускного клапана /«Automotive Engineering», 1998, Nol, p.39-32/. Однако и в этом случае цикл заканчивается, когда давление рабочих газов еще выше «единицы». Технической задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия путем завершения цикла равенством давлений по обе стороны поршня равным 1 атм. Поставленная задача решается за счет того, что способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания заключается в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу, при этом соотношение степеней сжатия и расширения рассчитывается по формуле: где
Тгор – температура горения топлива; Ср – изобарическая теплоемкость газов; Сv – изохорическая теплоемкость газов; 298 – нормальная температура по шкале Кельвина. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показан двигатель; на фиг.2 – диаграмма работы двигателя. Двигатель состоит из компрессора 1, рабочей машины 2, соединяющей их камеры сжатия 3, свечи накаливания 4. Объем компрессора (фиг.1) равен Vк, камеры сжатия Vсж и рабочей машины Vр.м. Получение механической энергии происходит следующим образом. Воздух из атмосферы засасывается в компрессор 1, там сжимается и передается в камеру сжатия 3. Величина давления при этом зависит от степени сжатия, которая вычисляется по формуле: Из камеры 3 сжатый воздух поступает в рабочую машину 2. При этом возможно смешение топлива с воздухом как в компрессоре 1, как в камере 3, так и в рабочей машине 2. Смесь вступает в соприкосновение с раскаленной нитью свечи 4, воспламеняется, и давление многократно возрастает. Это давление с помощью специальных механизмов превращается во вращательное движение маховика. При этом полнота использования полученного давления зависит от соотношения объема, в котором происходит расширение продуктов горения, и объема, в котором сжимался воздух, а именно отношение объема Vр.м+Vсж к объему Vк+Vсж. По аналогии со степенью сжатия можно сделать определение степени расширения Известны соотношения параметров термодинамического цикла (1) (Геворкян Р.Г. и др. «Курс общей физики» Москва, Высшая школа, 1972 с.163-167). Исходное состояние термодинамической системы (ТДС): Р0=1 атм V0=10 Vсж Т0=298К
1-й такт – сжатие (адиабатическое): в конце такта ТДС будет иметь следующие параметры: P0=P0· согласно (3) T0=T0· T0=298· 2-й такт – горение (изохорическое) V2=Vсж – остается прежним. Согласно (1) Считаем, что P2=Pmax, тогда Подставив вместо «Р» и «Т» их значения после сжатия, получим 3-й такт – расширение (адиабатическое): В конце такта давление станет равным 1 атм, т.е. P3=P0=1 атм. Объем станет равным V3. По аналогии со степенью сжатия назовем Температура Чтобы узнать температуру в конце адиабатического расширения, необходимо найти значение « Pmax=P0· тогда Нижеследующий расчет подтверждает, что предложенное соотношение позволяет получить в конце цикла давление, равное 1. Возьмем степени сжатия, известные из практики, 8,5 и 17, тогда соответствовать им будут степени расширения: для Максимально возможные значения давлений перед началом расширения будут соответственно равны: Находим давление в конце расширения по формуле: Любое другое соотношение приведет к результату, отличному от 1, при этом газы исчерпывают пневматический ресурс. Однако тепловой ресурс еще сохраняется. Например, для Таким образом, применение предложенного соотношения позволяет получить максимально возможный коэффициент полезного действия.
Формула изобретения
Способ получения механической энергии из тепловой в двигателях внутреннего сгорания, заключающийся в том, что топливо сжигают в сжатом воздухе, а полученные в результате горения газы, расширяясь, совершают механическую работу, отличающийся тем, что соотношение степеней сжатия и расширения рассчитывается по формуле где
Тгор – температура горения топлива; Y=Cp/Cv; Ср – изобарическая теплоемкость газов; Cv – изохорическая теплоемкость газов; 298 – нормальная температура воздуха по шкале Кельвина.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 18.12.2007
Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009
|
||||||||||||||||||||||||||
p – степень расширения рабочих газов; 
=Cp/Cv; Ср – изобарическая теплоемкость газов; Сv – изохорическая теплоемкость газов, а после полного воспламенения в пламя впрыснуть порцию воды. Изобретение обеспечивает повышение КПД в двигателях внутреннего сгорания для данной температуры горения. 2 ил. 
