способ получения механической энергии из тепловой
Классы МПК: | F02B41/06 в цилиндрах вторичного расширения |
Патентообладатель(и): | Помогаев Анатолий Васильевич (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-12-17 публикация патента:
27.03.2006 |
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 p - степень расширения рабочих газов; сж - степень сжатия воздуха; Тгор - температура горения топлива; =C p/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.
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 p - степень расширения рабочих газов;
сж - степень сжатия воздуха;
Тгор - температура горения топлива;
Y=Cp/Cv ;
Ср - изобарическая теплоемкость газов;
Cv - изохорическая теплоемкость газов;
298 - нормальная температура воздуха по шкале Кельвина.
Описание изобретения к патенту
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 p - степень расширения рабочих газов;
сж - степень сжатия воздуха;
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):
V0=10 Vсж
Т0=298К
=1,4
1-й такт - сжатие (адиабатическое):
в конце такта ТДС будет иметь следующие параметры:
P0=P 0· c,
T0=T0· -1 с (получено из (2))
T0=298· -1
2-й такт - горение (изохорическое)
V2 =Vсж - остается прежним.
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=P 0=1 атм.
Объем станет равным V3.
По аналогии со степенью сжатия назовем - степенью расширения.
Чтобы узнать температуру в конце адиабатического расширения, необходимо найти значение « р»:
Pmax=P0· p,
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 сж=17
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 =8,5, температура газов равна 802 К.
Таким образом, применение предложенного соотношения позволяет получить максимально возможный коэффициент полезного действия.
Класс F02B41/06 в цилиндрах вторичного расширения