Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДВИГАТЕЛЯ

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КПД ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДВИГАТЕЛЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания за счет утилизации тепловой энергии двигателя, который включает цилиндр с поршнем, шатунное устройство, коленчатый вал, системы питания, охлаждения и смазки, рядом с цилиндром под углом V-образно или последовательно устанавливают паровой цилиндр с поршнем, который связывают шатуном с общим коленчатым валом, отработавшие горячие газы цилиндра двигателя направляют для обогрева головки парового цилиндра, причем газопровод, головку парового цилиндра теплоизолируют, разогревают головку парового цилиндра до 374 - 500oC и впрыскивают в нее воду один раз за оборот коленчатого вала в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке, головку парового цилиндра выполняют в виде теплообменника из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Данное техническое решение позволяет существенно увеличить КПД двигателя внутреннего сгорания и улучшить его экологические параметры. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2117803
Класс(ы) патента: F02G5/00
Номер заявки: 93017744/06
Дата подачи заявки: 06.04.1993
Дата публикации: 20.08.1998
Заявитель(и): Безденежных Вадим Сергеевич; Марвин Борис Евгеньевич
Автор(ы): Безденежных Вадим Сергеевич; Марвин Борис Евгеньевич
Патентообладатель(и): Безденежных Вадим Сергеевич; Марвин Борис Евгеньевич
Описание изобретения: Разновидностей двигателей внутреннего сгорания существует достаточно много, как на основе сгорания топлива в виде бензина, газа, так и керосина и солярового и др. масел. Однако КПД таких двигателей не превышает 44% (большая энциклопедия, М., 1972).
Работа цилиндра двигателя, например, ГАЗ-21 состоит в следующем.
Поршень, опускаясь из ВМТ в НМТ, всасывает бензино-воздушную смесь в соотношении 1: 15 по массе. Перемещаясь от НМТ к ВМТ, бензино-воздушную смесь он сжимает до 6,7 кгс/см2, затрачивая на это некоторую работу и поднимая температуру смеси приблизительно до 200oC. В сжатом состоянии топливная смесь поджигается, в результате чего в камере сжигания развивается температура около 2000oC и давление 30 - 60 кгс/см2. Поршень под действием продуктов сгорания движется вниз, приводят во вращательное движение коленчатый вал двигателя. При движении от НМТ к ВМТ поршень выталкивает продукты сгорания из цилиндра наружу.
Двигатель автомобиля ГАЗ-21 развивает 4000 об/мин и мощность 55 кВт (75 л.с.). Объем цилиндра равен 610 мл или 0,61 л.
Полагая, что в среднем состав бензина определяется соединением C10H22 при интервале состава соединений бензина C5H12 - C17H36 (Краткая химическая энциклопедия. М. , 1965, статья "Предельные углеводороды"), найдем массу топлива, сгораемую в единичном акте взрыва одного цилиндра ДВС.
Молекулярная масса воздуха 29 г. Молекулярная масса топлива (C10H22) равна 142 г. Поскольку один моль любого химического вещества в газообразном состоянии занимает объем 22,4 л, то один грамм топлива занимает объем

15 г воздуха занимают объем

1 г топлива и 15 г воздуха занимают объем
Vт+В = 0,16 + 11,6 = 11,76 л.
Отсюда в одном цилиндре объемом 0,61 л будет находиться масса топлива

Сгорание такого количества топлива при теплотворной способности 10500 ккал/кг позволяет получать энергию
5,2 · 10-5· 10500 = 0,55 ккал.
Этого количества энергии достаточно, чтобы вскипятить 5,5 мл воды с начальной температурой 0oC.
При числе оборотов вала двигателя 40000 об/мин каждую секунду двигатель вырабатывает

Практически вся тепловая энергия двигателя через теплообменник и систему отвода газов выбрасывается в атмосферу.
В целях повышения КПД двигателя авторы предлагают использовать бросовую тепловую энергию для повышения мощности двигателя. На чертеже приведена схема двигателя внутреннего сгорания. Для этого рядом с цилиндром двигателя внутреннего сгорания 1, под углом, V-образно или последовательно устанавливают паровой цилиндр 2 с поршнем 3, связанным шатуном с общим коленвалом 4.
Горячие газы, выбрасываемые из цилиндра ДВС 1, направляют для нагрева головки парового цилиндра 2, выполненной в виде теплообменника из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью, например из латуни (Cu 65, Zn 35) так, чтобы она могла быстро отдать большое количество тепла. Для экономии тепловой энергии газопровод и головку парового цилиндра вместе с паровым цилиндром покрывают теплоизоляцией 6.
Внутренний объем головки должен иметь развитую поверхность, иметь свободный объем приблизительно 0,05 и впрыскивающее устройство 5.
Работа паротопливного ДВС может быть понятна из следующего описания. Запускают ДВС на топливе. При этом отработавшие горячие газы прогревают головку парового цилиндра и сам цилиндр. Благодаря теплоизоляции температура головки может достигать 500oC и выше. В головке парового цилиндра при нахождении поршня в ВМТ впрыскивают, например, 1 г (мл) подогретой в водной рубашке ДВС воды.
Мгновенно испаряясь, вода полностью переходит в пар, объем которого составит

При внутреннем объеме головки 0,05 л давление пара составит 1,25 л : 0,05 = 25 кгс/см2, что уже близко к давлению в камере сгорания ДВС. За счет разогрева пара до температуры, близкой к температуре головки парового цилиндра, давление еще значительно увеличится, а именно в число раз
toC/273oC
и достигнет порядка 50 кгс/см2.
При геометрических параметрах парового цилиндра, близких к параметрам цилиндра ДВС, будет получено усилие на коленвалу, близкое к усилию от цилиндра ДВС, т.е. мощность двигателя приблизительно удвоится.
В головку парового цилиндра можно подать больше, чем 1 г воды, т.к. запаса энергии, выбрасываемой из цилиндра ДВС за один акт сгорания топлива, достаточно для испарения большего количества воды, как указывалось ранее.
Важно отметить, что при температуре выше 374oC скрытая теплота испарения равна нулю (Некрасов Б. В. Курс общей химии, издание 9, М. - Л., 1952, с. 137).
Паровой цилиндр не требует расхода энергии на сжатие, но только на возвращение поршня в исходное состояние в ВМТ при открытом клапане выхлопа отработавшего пара.
Настоящее техническое решение позволяет существенно увеличить КПД ДВС и улучшить его экологические параметры.
Формула изобретения: Способ повышения КПД двигателя внутреннего сгорания за счет утилизации тепловой энергии двигателя, включающего цилиндр с поршнем, шатунное устройство, коленчатый вал, системы питания, охлаждения и смазки, отличающийся тем, что рядом с цилиндром двигателя внутреннего сгорания под углом V-образно или последовательно устанавливают паровой цилиндр с поршнем, который связывают шатуном с общим коленчатым валом, отработавшие горячие газы цилиндра двигателя внутреннего сгорания направляют для обогрева головки парового цилиндра, газопровод, головку парового цилиндра теплоизолируют, разогревают головку парового цилиндра до 374 - 500oC и впрыскивают в нее воду один раз за оборот коленчатого вала в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке, головку парового цилиндра выполняют в виде теплообменника из материала с высокими теплопроводимостью и теплоемкостью.