Изобретения в транспортном машиностроении
Двигатель с внешним подводом теплоты.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению,
в частности к двигателям с внешним подводом теплоты. И предназначено
для использования в качестве силовой установки.
Изобретение может быть использовано в автомобилестроении, а также
в качестве двигательных устройств морского и речного транспорта.
Кроме того, двигатель можно использовать в качестве привода электрических
генераторов.
При современном развитии техники остро стоит вопрос о необходимости
создания энергетических установок, в которых могут быть использованы
различные источники тепловой энергии, не загрязняющие окружающую
среду и имеющие низкий уровень шума и вибрации. К таким перспективным
силовым установкам можно отнести предлагаемый двигатель.
В двигателе такты сжатия и расширения осуществляются в разных
цилиндрах, соответственно компрессионном 1 и расширительном 2. Цилиндры
1 и 2 связаны между собой через компрессионную 3 и расширительную
4 магистрали. В компрессионной магистрали 3 находится охладитель
5, а в расширительной магистрали 4 находится нагреватель 6. Компрессионная
магистраль 3 подключена к компрессионному цилиндру 1 через выпускной
клапан 7, а к расширительному цилиндру 2 через впускной клапан 8.
Расширительная магистраль 4 подключена к расширительному цилиндру
2 через выпускной клапан 9, а к компрессионному цилиндру 1 через
впускной клапан 10. Поршни 11 и 12 цилиндров 1 и 2 связаны с валом
двигателя 13 через механизм преобразования движения 14.
Конструктивно двигатель содержит четыре расширительных и четыре
компрессионных цилиндра. Цилиндры расположены поочередно и параллельно,
вокруг оси рабочего вала двигателя. Механизм преобразования возвратно-поступательного
движения выполнен в виде косой шайбы, как привод аксиально-поршневого
насоса. Сгорание топлива происходит в теплообменной камере. Подвод
теплоты к рабочему телу осуществляется через теплообменные трубки.
При сжатии рабочего тела осуществляется отвод теплоты через теплообменные
трубки и охлаждение рабочего тела в охладителе (радиаторе). Количество
рабочего тела (им может быть воздух), заключенного в рабочем объеме
двигателя, постоянно и несменяемого. Рабочее тело находится под
большим давлением, порядка 40-200 атм.
Внешний вид двигателя:
Двигатель имеет примерно такие же размеры и массу, как и обычный
бензиновый двигатель.
К особенностям предлагаемого двигателя следует отнести:
Высокий к. п. д. Возможность получения высокого к. п. д., а следовательно,
и большой экономичности является важной особенностью двигателя.
Это связано с полным использованием перепада температуры и давления
в цикле. Однако для реализации этих возможностей необходимо преодолеть
значительные конструктивные и технологические трудности, и трудности,
связанные с подбором материалов для изготовления деталей двигателя.
Различные тепловые источники. Внешний подвод теплоты, используемый
в двигателе, позволяет применять различные тепловые источники без
каких-либо существенных изменений конструкции двигателя. Практически
все ископаемые топлива от твердых до газообразных могут быть непосредственно
использованы в двигателе. Для этого двигатель оборудуют камерой
сгорания с рекуперативным теплообменником для подогрева воздушного
заряда теплотой отработавших газов.
В городах с высокой интенсивностью движения для применения на
транспортных средствах большие перспективы имеет двигатель с тепловым
аккумулятором.
Преимущество двигателя заключается также в том, что он может работать
не только на разнообразных топливах, но дает возможность применять
различные виды источников теплоты. Это означает, что работа двигателя
не зависит от наличия атмосферы. Он может одинаково хорошо работать
в замкнутом пространстве, как на подводных лодках, так и на спутниках.
Влияние на окружающую среду (токсичность, шум, вибрации). Очевидно,
что о токсичности двигателя (в обычном смысле этого понятия) можно
говорить только при использовании теплоты сгорания топлива.
Источниками выделения токсичных веществ являются продукты сгорания
топлива и испарения его из системы питания. Двигатель работает по
замкнутому циклу, поэтому в его картере нет продуктов сгорания и
вследствие этого из картера не выделяются токсичные вещества.
Испарение топлива в атмосферу в двигателе значительно меньше,
чем у карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, так как топливная
система закрытого типа. Практически единственный источник токсичных
веществ - продукты сгорания, выходящие в атмосферу из камеры сгорания.
Основными токсичными веществами, содержащимися в продуктах сгорания
такого топлива, являются окись углерода СО, несгоревшие углеводороды
СхНу, окислы азота NOх, альдегиды, сажа, окислы серы (при использовании
сернистых топлив), соединения свинца (для этилированных бензинов).
Оценим токсичность двигателя по выделению окиси углерода, углеводородов,
окислов азота, а также по дымности. На эти выделения имеются или
вводятся законодательные ограничения. Токсичные продукты неполного
сгорания (СО и СхНу) являются следствием недостатка кислорода при
сгорании (при малых общих или местных коэффициентах избытка воздуха).
Сажа в отработавших газах появляется в тех случаях, когда происходит
термическое разложение углеводородного топлива (крекинг) при высоких
температурах и недостатке кислорода. Камеры сгорания двигателя подобны
камерам сгорания газотурбинных и паровых двигателей. Процесс сгорания
в них является стационарным. В таких условиях можно обеспечить достаточно
хорошее качество смесеобразования. Воздух, поступающий в камеру
сгорания, подогревается в специальном подогревателе отработавшими
газами. Очевидно, что выделение токсичных веществ с отработавшими
газами в двигателе зависит от коэффициента избытка воздуха при сгорании
и температуры воздуха на входе в камеру сгорания.
|