UA149467U - Спосіб роботи поршневого теплового двигуна - Google Patents
Спосіб роботи поршневого теплового двигуна Download PDFInfo
- Publication number
- UA149467U UA149467U UAU202007289U UAU202007289U UA149467U UA 149467 U UA149467 U UA 149467U UA U202007289 U UAU202007289 U UA U202007289U UA U202007289 U UAU202007289 U UA U202007289U UA 149467 U UA149467 U UA 149467U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- working cylinders
- compressed air
- cylinders
- pistons
- crankshaft
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Спосіб роботи поршневого теплового двигуна, в одному із циліндрів якого здійснюють процес впуску повітря з навколишнього середовища, його стиск і подачу стиснутого повітря через впускний клапан та з'єднуючий канал до зовнішньої камери, в яку подають через форсунки паливо, наприклад етиловий спирт, і в якій здійснюють процес згоряння палива для підігріву стиснутого повітря, а процеси розширення продуктів згоряння і подальше їх видалення із робочих циліндрів в навколишнє середовище здійснюють відповідно до порядку їх роботи, що з'єднана каналами та впускними клапанами з робочими циліндрами. Максимальний тиск продуктів згоряння палива в зовнішній камері підтримують на рівні 3-5 МПа, а максимальну температуру стиснутого повітря - не більше 1500 K за рахунок кількості палива, що впорскується в зовнішню камеру, та тривалості відкриття впускних клапанів робочих циліндрів, наприклад клапанів з електромагнітним приводом, які відкривають за 5-10 градусів оберту колінчатого вала до верхньої мертвої точки поршнів робочих циліндрів, а закривають залежно від режиму роботи двигуна за 5-40 градусів оберту колінчатого вала за верхньою мертвою точкою поршнів робочих циліндрів. Для підігріву стиснутого повітря застосовують електричні нагрівальні елементи, які встановлено в тій самій зовнішній камері перед робочими циліндрами.
Description
Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме стосується способів роботи поршневих теплових двигунів із розділеним чотиритактним або двотактним циклом.
Відомі способи роботи поршневих чотиритактних або двотактних теплових двигунів, що мають щонайменше два циліндри, спільну камеру згоряння, в яких здійснюють такти впуску та стиску, процес згоряння палива в камері згоряння, такти розширення та випуску продуктів згоряння (1-7.
Загальними недоліками відомих способів роботи поршневих чотиритактних або двотактних теплових двигунів, в яких робочий цикл здійснюють щонайменше у двох циліндрах є недостатня ефективність перетворення теплоти згоряння палива в механічну роботу газів та підвищені викиди з відпрацьованими газами токсичних хімічних сполук, обумовлених обмеженою тривалістю процесу згоряння та високими значеннями тиску і температури продуктів згоряння.
Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб роботи поршневого теплового двигуна, в одному із циліндрів якого здійснюють процес впуску повітря з навколишнього середовища, його стиск і подачу стиснутого повітря через випускний клапан та з'єднуючий канал до камери згоряння, в яку подають через форсунки паливо, наприклад етиловий спирт, процес згоряння палива здійснюють у зовнішній камері згоряння (для підігріву стиснутого повітря), що з'єднана каналами та впускними клапанами з робочими циліндрами, причому максимальний тиск продуктів згоряння палива в зовнішній камері згоряння підтримують на рівні 3-5 МПа, а максимальну температуру стиснутого повітря - не більше 1500 К за рахунок кількості палива, що впорскується в зовнішню камеру згоряння та тривалості відкриття впускних клапанів робочих циліндрів, наприклад клапанів з електромагнітним приводом. Зменшення коливань тиску повітря в робочих циліндрах протягом циклу (одного оберту колінчастого вала) досягають за допомогою камери стиснутого повітря, встановленої, наприклад, між циліндром для стискання повітря і робочими циліндрами. Підігріте стиснуте повітря з камери стиснутого повітря подають до робочих циліндрів через впускні клапани, наприклад з електромагнітним приводом, які відкривають за 5-10 градусів оберту колінчастого вала до верхньої мертвої точки поршнів робочих циліндрів, а закривають залежно від режиму роботи двигуна за 5-40 градусів оберту колінчастого вала за верхньою мертвою точкою поршнів робочих циліндрів І71.
Основними недоліками найближчого аналога, як і попередніх аналогів, є недостатня
Зо ефективність перетворення теплоти згоряння палива в механічну роботу газів та підвищені викиди з відпрацьованими газами токсичних хімічних сполук, обумовлених процесом згоряння палива.
В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу роботи поршневого двигуна з розділеним двотактним циклом для підвищення ефективності використання енергії стиснутого повітря та підведеної до нього теплоти в механічну роботу газів та відсутності викидів із відпрацьованими газами токсичних хімічних сполук.
Поставлена задача вирішується шляхом здійснення двотактного циклу, наприклад в трьох циліндрах, один із яких використовується як компресорний, а два інші - як робочі, в яких здійснюються процеси розширення стиснутого повітря і його видалення в навколишнє середовище, причому підігрів здійснюють за допомогою електричних нагрівальних елементів, розташованих перед робочими циліндрами у зовнішній камері, що з'єднана з компресорним та робочими циліндрами каналами, при обмеженні максимального тиску стиснутого повітря в робочих циліндрах на рівні 3-5 МПа, а максимальної температури стиснутого повітря не більше 1500 К.
Зменшення коливань тиску повітря в робочих циліндрах протягом циклу (одного оберту колінчастого вала) досягають з допомогою камери стиснутого повітря, встановленої, наприклад, між циліндром для стискання повітря і зовнішньою камерою. Підігріте стиснуте повітря із зовнішньої камери подають до робочих циліндрів через впускні клапани, наприклад з електромагнітним приводом, які відкривають за 5-10 градусів оберту колінчастого вала до верхньої мертвої точки поршнів робочих циліндрів, а закривають залежно від режиму роботи двигуна за 5-40 градусів оберту колінчастого вала за верхньою мертвою точкою поршнів робочих циліндрів. Видалення повітря із робочих циліндрів здійснюють через випускні клапани протягом 80-120 градусів оберту колінчастого вала при переміщені поршнів робочих циліндрів від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки. Після закриття випускних клапанів протягом 60-100 градусів оберту колінчастого вала до верхньої мертвої точки поршнів робочих циліндрів здійснюють стиск повітря, що залишилося, для зменшення втрат енергії на впускних клапанах. Зменшення втрат теплоти від поверхонь каналів стиснутого повітря, камери стиснутого повітря, зовнішньої камери та каналів, з'єднуючих зовнішню камеру з робочими циліндрами, досягають використанням теплоізоляції цих поверхонь чи новітніх конструкційних бо матеріалів.
Функціональне призначення сукупності ознак, що заявляються, полягає в ефективності використання енергії стиснутого повітря та підведеної до нього теплоти в механічну роботу газів та відсутності викидів із відпрацьованими газами токсичних хімічних сполук.
Корисна модель пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 показано, як приклад, загальний вигляд поршневого теплового двигуна з розділеним двотактним робочим циклом, в якому здійснюють спосіб роботи в трьох циліндрах, один з яких використовується як компресорний; на Фіг. 2 показана діаграма зміни тиску в надпоршневій порожнині компресорного циліндра; на Фіг. З показана діаграма зміни тиску в надпоршневій порожнині робочих циліндрів, де Ме - об'єм камери стиснення циліндра, Мь - робочий об'єм циліндра.
Двигун, в якому здійснюють спосіб роботи (Фіг. 1), містить компресорний циліндр 1 з впускним 2 та випускним З клапанами, впускний канал 4, на вході якого встановлено повітряний фільтр 5, камеру стиснутого повітря 6, з'єднану каналом 7 з компресорним циліндром 1, а каналом 8 із зовнішньою камерою 9, в якій установлено пристрій для підігріву повітря, наприклад нагріваючі елементи 10, 11, яка з'єднана каналами 12 та 13 через впускні канали 14 та 15, наприклад, з електроприводами, з робочими циліндрами 16 та 17, які мають випускні клапани 18 та 19, наприклад, з кулачковим приводом, через які відпрацьоване повітря з робочих циліндрів 16 та 17 відводиться у випускні канали 20 та 21, що з'єднані з випускними колекторами 22 та 23. Поршень 24 компресорного циліндра та поршні 25 і 26 робочих циліндрів шатунами 27, 28 та 29 з'єднані зі спільним колінчастим валом 30.
Геометричний ступінь розширення стиснутого повітря в робочих циліндрах обчислюється за формулою б-Мтах/Мтіп. Наприклад, при ході поршнів в робочих циліндрах 16 і 17 5-100 мм і надпоршневому зазорі при положенні поршнів у верхній мертвій точці А-2-5 мм геометричний ступінь розширення стиснутого повітря б-20-50.
Спосіб роботи теплового двигуна здійснюють за один оберт колінчастого вала. На такті впуску в компресорному циліндрі 1 повітря з навколишнього середовища через повітряний фільтр 5, канал 4 та впускний клапан 2, наприклад пластинчатий, надходить в надпоршневу порожнину компресорного циліндра 1 (крива 4-1 на Фіг. 2), а при зворотному русі поршня 24 від нижньої мертвої точки до верхньої здійснюють стиск повітря (крива 1-2 на Фіг. 2). В кінці такту
Зо випуску стиснуте повітря до 3-5 МПа через випускний клапан З та канал 7 подається для зниження коливань тиску стиснутого повітря до камери стиснутого повітря 6 (крива 2-3 на Фіг. 2), з'єднаної каналом 8 із зовнішньою камерою 9, спільною, наприклад, для двох робочих циліндрів 16 та 17, в яку подається стиснуте повітря і підігрівається нагріваючими елементами 10, 11 при заданій максимальній температурі підігріву. Нагріте повітря через з'єднуючі канали 12 та 13, впускні клапани 14 та 15, наприклад, з електромагнітним приводом, подають по черзі до робочих циліндрів 16 та 17. Впускні клапани відкривають за 5-10 градусів оберту спільного на всі циліндри колінчастого вала 30 до верхньої мертвої точки поршнів 25 та 26 робочих циліндрів 16 та 17, а закривають залежно від режиму роботи за 5-40 градусів оберту колінчатого вала 30 за верхньою мертвою точкою поршнів 25 та 26 (ділянка діаграми 4-м Фіг. 3). Розширення нагрітого стиснутого повітря в робочих циліндрах 16 та 17 здійснюють переміщенням поршнів 25 та 26 в робочих циліндрах 16 та 17 до їх нижньої мертвої точки (крива у-е на Фіг. 3). На такті розширення стиснутого повітря в робочих циліндрах 16 та 17 при положенні поршнів робочих циліндрів 25 та 26 за 0-40 градусів оберту колінчастого вала 30 до нижньої мертвої точки (ділянка діаграми с-м Фіг. 3) (відповідно до порядку роботи) відкривають, наприклад, за допомогою кулачкового механізму, випускні клапани 18 та 19. Відпрацьоване повітря із робочих циліндрів 16 та 17 видаляють (крива е-е' на Фіг. 3) протягом 80-120 градусів оберту колінчастого вала 30 при переміщенні поршнів 25 та 26 від нижньої мертвої точки до верхньої через випускні клапани 18 та 19, випускні канали 20 та 21 до випускних колекторів 22 та 23. При положенні поршнів 25 та 26 в робочих циліндрах 16 та 17 за 60-100 градусів оберту колінчатого вала 30 до їх верхніх мертвих точок випускні клапани 18 та 19 закривають, повітря, що залишилося в надпоршневих порожнинах робочих циліндрів 16 та 17 протягом 60-100 градусів оберту колінчатого вала, стискають (Фіг. 3). Таким чином, двотактний цикл здійснюють в даному випадку в трьох циліндрах, один із яких компресорний, за один оберт колінчатого вала.
Ефективність практичного використання способу роботи поршневого теплового двигуна можливо оцінити по спрощеній діаграмі циклу.
Спрощена діаграма циклу даного двигуна може бути представлена відкритим термодинамічним циклом зі змінною масою робочого тіла, в якому теплота підводиться з робочим тілом до робочих циліндрів при постійних значеннях тиску р і температурі Ті відводиться із робочих циліндрів з робочим тілом при постійних значеннях тиску р і температурі бо робочого тіла Т». Робоче тіло в термодинамічному циклі - ідеальний газ, теплоємність якого не залежить від температури. Термодинамічний коефіцієнт корисної дії циклу обчислюється за формулою: т 1191-05 4.02. МС (Тато) у То- то го о, о. М.Ср-(Т- То) тп- то де ГІ - механічна робота газів в циклі;
СО) - теплота, що підведена з робочим тілом;
СО» - теплота, що відведена з робочим тілом;
Ср - питома масова теплоємність робочого тіла при постійному тиску;
М - маса робочого тіла;
То - температура навколишнього середовища;
Ті - температура робочого тіла, що надходить до надпоршневої порожнини робочих циліндрів;
Та - температура робочого тіла, що видаляється з надпоршневої порожнини робочих циліндрів.
При значенні То-300 К (27 7); Т1-1500 К; Т2-400 К термодинамічний коефіцієнт корисної дії циклу п-0,92. З підвищенням температури робочого тіла, що видаляється з робочих циліндрів
Т2, термодинамічний коефіцієнт корисної дії буде зменшуватися. Термодинамічний коефіцієнт корисної дії двигунів внутрішнього згоряння не перевищує Підвз--0, 70.
Використання корисної моделі, наприклад, як енергетичної установки автомобіля, забезпечує заміну теплової енергії для підігріву стиснутого повітря, що виділяється при згорянні палива на теплову енергію, яка виділяється електричними нагрівачами, що дозволяє знизити витрату палива до 100 відсотків, знизити викиди токсичних хімічних сполук з відпрацьованими газам до 100 відсотків без використання додаткових систем їх нейтралізації, а також значно зменшує інтенсивність звукового випромінювання. Електричну енергію можна споживати, наприклад, від акумуляторних чи сонячних батарей.
Джерела інформації: 1. А.С. СССР Мо 80445 кл. 46баг, 109 (МПК РО2В 47/00), 1947. 2. А.С. СССР Мо 128231 кл. 4баг, 109 (МПК РО28В 47/00), 1958. 3. Патент Франції Ме 2172505 МПК РО2В 41/00, РО2В 75/00, 1973. 4. Патент США Мо 3880126, МПК РО2В 33/22, 1975.
Коо) 5. Заявка Франції Мо 2319769, МПК ЕгО2В 75/12, 1977. 6. Патент США Мо 8006656, МПК РО2В 25/00, 2009. 7. Патент України Ме 106558 МПК 7 РО2В 47/00, РО28 33/00, 2014.
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІСпосіб роботи поршневого теплового двигуна, в одному із циліндрів якого здійснюють процес впуску повітря з навколишнього середовища, його стиск і подачу стиснутого повітря через впускний клапан та з'єднуючий канал до зовнішньої камери, в яку подають через форсунки паливо, наприклад етиловий спирт, і в якій здійснюють процес згоряння палива для підігріву стиснутого повітря, а процеси розширення продуктів згоряння і подальше їх видалення із робочих циліндрів в навколишнє середовище здійснюють відповідно до порядку їх роботи, що з'єднана каналами та впускними клапанами з робочими циліндрами, причому максимальний тиск продуктів згоряння палива в зовнішній камері підтримують на рівні 3-5 МПа, а максимальну температуру стиснутого повітря - не більше 1500 К за рахунок кількості палива, що впорскується в зовнішню камеру, та тривалості відкриття впускних клапанів робочих циліндрів, наприклад клапанів з електромагнітним приводом, які відкривають за 5-10 градусів оберту колінчатого вала до верхньої мертвої точки поршнів робочих циліндрів, а закривають залежно від режиму роботи двигуна за 5-40 градусів оберту колінчатого вала за верхньою мертвою точкою поршнів робочих циліндрів, який відрізняється тим, що для підігріву стиснутого повітря застосовують електричні нагрівальні елементи, які встановлено в тій самій зовнішній камері перед робочими циліндрами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007289U UA149467U (uk) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007289U UA149467U (uk) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA149467U true UA149467U (uk) | 2021-11-24 |
Family
ID=78720024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU202007289U UA149467U (uk) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA149467U (uk) |
-
2020
- 2020-11-16 UA UAU202007289U patent/UA149467U/uk unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8371256B2 (en) | Internal combustion engine utilizing dual compression and dual expansion processes | |
US5228415A (en) | Engines featuring modified dwell | |
JP2010519462A (ja) | 水噴射を伴う分割サイクルエンジン | |
GB2302566A (en) | Regenerated engine with an improved heating stroke | |
UA149467U (uk) | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна | |
UA149466U (uk) | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна | |
UA151743U (uk) | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна з індукційним підігрівом повітря у вхідному каналі | |
UA151746U (uk) | Поршневий тепловий двигун з індукційним підігрівом повітря у циліндрах | |
UA151742U (uk) | Поршневий тепловий двигун з індукційним підігрівом повітря вхідного каналу | |
UA151744U (uk) | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна з індукційним підігрівом повітря у циліндрах | |
CN101253316A (zh) | 蒸汽增强的双活塞循环发动机 | |
RU2246625C2 (ru) | Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления | |
RU2299339C1 (ru) | Способ повышения эффективности двс и устройство для его реализации | |
RU78527U1 (ru) | Поршневой двигатель | |
UA129153U (uk) | Спосіб роботи поршневого теплового двигуна | |
RU58622U1 (ru) | Силовая установка двойного действия с разделенными процессами сжатия и расширения | |
RU2800787C1 (ru) | Поршневой двигатель двухцилиндровой конструкции | |
RU45463U1 (ru) | Двигатель с внешним подводом теплоты | |
RU87468U1 (ru) | Комбинированный двигатель | |
RU2431752C1 (ru) | Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания | |
RU2451802C1 (ru) | Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания | |
RU15914U1 (ru) | Двигатель с внешним подводом теплоты | |
RU29101U1 (ru) | Комбинированный V-образный поршневой двигатель | |
RU71703U1 (ru) | Теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения | |
RU103855U1 (ru) | Комбинированный двигатель |