Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з використанням енергії пари

Реферат: UA 74512 U UA 74512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до джерел та перетворювачів енергії (двигунів внутрішнього згоряння). Усі конструкції сучасних (1-12) дво- та чотиритактових двигунів внутрішнього згоряння включають кривошипно-шатунний та газорозподільний механізми, системи мащення, живлення паливом, охолодження, запалювання, запуску, тощо, а ефективність згоряння палива складає біля 75 %, термічний коефіцієнт корисної дії становить близько 0,35-40 % і біля 65 % теплової енергії не використовується і відправляється системою охолодження та разом з відпрацьованими газами у атмосферу, механічний коефіцієнт корисної дії становить біля 90 %. Частина енергії витрачається двигуном для приводу підсилювачів руля, насоса та вентилятора системи охолодження, електронних систем керування, тощо. В результаті коефіцієнт корисної дії сучасного поршневого двигуна складає біля 30 %. Все це приводить до значних витрат палива. Удосконалення конструкції газорозподільних, кривошипно-шатунних механізмів і систем та впровадження електронних систем керування поршневих двигунів внутрішнього згоряння привели до значного ускладнення конструкції і підвищення собівартості їх виготовлення, але значного підвищення коефіцієнта корисної дії та зниження витрат палива досягнути не вдалось. Впорскування води в камеру згоряння не дозволяє використати тепло відпрацьованих газів і приводить до потрапляння води в систему мащення, що викликає необхідність очищення масла та значно ускладнює роботу шеститактових поршневих двигунів внутрішнього згоряння (були спроби створити двигун з впорскуванням води у циліндр Баюласом, Кроуером). Застосування шеститактових двигунів внутрішнього згоряння з використанням енергії пари, що утворюється від впорскування води у відпрацьовані гази, на зовнішні поверхні гільзи та головки циліндрів, здійснюючи охолодження цих елементів, дає можливість значно зменшити витрати палива та підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбиралось системою охолодження і не використовувалось. Поставлена задача вирішується тим, що шеститактовий двигун внутрішнього згоряння, включає кривошипно-шатунний та газорозподільний (з випускними клапанами у головці блока та у випускному трубопроводі) механізми, системи мащення, запалювання, запуску, живлення паливом, повітрям, водою (з ємністю для води, насосом, форсунками впорскування води у відпрацьовані гази та на гільзи і головки циліндрів, що створює за рахунок енергії пари, що утворюється від впорскування води у відпрацьовані гази та на гільзи і головки циліндрів два додаткових такти (другого робочого ходу та випуску пари та відпрацьованих газів). Сорочка охолодження в двигуні відсутня. Такти двигуна: впускання, стискання, робочий хід, випуск відпрацьованих газів у закритий простір гільзи циліндрів та головки блока, другий робочий хід, випуск відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище. Температура горіння робочої суміші може сягати до 3000°, а температура відпрацьованих газів до 800°-1100°. Впорскування за допомогою форсунок води у відпрацьовані гази та на гарячі зовнішні поверхні гільзи циліндрів і головки циліндрів приводить до створення пару, який під тиском надходить через два випускні клапани в циліндр, примушуючи поршень рухатись до нижньої мертвої точки та одночасно забезпечується охолодження цих елементів, що дає можливість значно зменшити витрати палива та підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбиралось системою охолодження і не використовувалось. Відсутність стандартної системи охолодження зменшує витрати енергії двигуна на привод вентилятора та насоса циркуляції охолоджувальної рідини. Привод клапанів здійснюється від удосконалених кулачкових валів (може бути електричним) з використанням електронної системи керування. Змінено форму кулачків випускного валу та добавлено на розподільний вал кулачки для третього випускного клапана випускного трубопроводу кожного циліндру. Все вище запропоноване може підвищити коефіцієнт корисної дії поршневого двигуна внутрішнього згоряння та зменшити витрати палива до двох раз. Аналоги винаходу шеститактового двигуна внутрішнього згоряння з використанням енергії пари нам невідомі. Задача винаходу - значне підвищення коефіцієнту корисної дії і зменшення витрат палива, за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбирається системою охолодження та не використовується. Перелік фігур креслення: 1 UA 74512 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Загальний вигляд у поперечному розрізі шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння з використанням енергії пари наведено на фіг. 1. На фіг. 1 у статичному стані показано шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з використанням енергії пари при положенні поршня 4 у верхній мертвій точці перед початком горіння пальної суміші та робочого ходу. Навколо кожного циліндра встановлено зовнішні циліндри 13 (приварені до гільз), що герметизують простір навколо циліндрів. У кожному зовнішньому циліндрі 13 по колу через 120° встановлені форсунки 3 для впорскування води у навколо циліндровий закритий простір Б. У головці блока циліндрів 12 над камерою згоряння встановлено теж форсунку 3 для впорскування води і теж створено закритий простір А, що з'єднується з закритим простором гільз циліндрів. У випускному трубопроводі 10 встановлено три клапани, з яких перші два клапани 9 герметизують простір над поршнем 4, а клапан 11 випускного трубопроводу 10 герметизує простір над: поршнем 4, навколо циліндровий Б, навколо головки блока А та дають можливість здійснення п'ятого такту (робочого ходу від тиску пару). Випускні клапани 9, що герметизують простір над поршнем 4 відкриваються та закриваються за допомогою розподільного випускного вала 7 з удосконаленими кулачками. На розподільному валу 7 для відкриття (закриття) випускного клапана 11 з випускним трубопроводом 10 встановлено додаткові кулачки. Значення позначень фіг. 1: 1 - колінчастий вал; 2 - шатун; 3 - форсунки для впорскування води у закритий поза циліндровий простір; 4 - поршень; 5 - впускний клапан; 6 - впускний трубопровід; 7 - впускний та випускний розподільні вали; 8 - свічка запалювання; 9 - випускний клапан; 10 - випускний трубопровід; 11 - третій випускний клапан випускного трубопроводу; 12 головка блока циліндрів; 13 - зовнішній циліндр, що герметизує гільзу циліндрів; 14 - картер двигуна; Α - закритий простір головки блока циліндрів над камерою згоряння, що поєднаний з закритим простором навколо гільзи циліндра, але не поєднаний з простором головки блока над іншими циліндрами; Б - закритий простір навколо гільзи циліндра, що поєднаний з закритим простором головки блока циліндра над камерою згоряння, але не поєднаний з простором інших гільз циліндрів. 2. Загальний вигляд у поперечному розрізі шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння з використанням енергії пари перед початком випуску відпрацьованих газів наведено на фіг. 2. На фіг. 2, коли поршень знаходиться у нижній мертвій точці, показано початок випуску відпрацьованих газів у простір навколо циліндра Б та навколо головки блока циліндра А. Випускні клапани 9 відкриті, випускний клапан 11 закритий. Випуск усіх відпрацьованих газів здійснюється тільки у навколо циліндровий простір. Навколо циліндровий простір А і Б в сумі біля 1,5 раз перевищує суму об'ємів робочого та камери згоряння. 3. Загальний вигляд у поперечному розрізі шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння з використанням енергії пари перед початком другого робочого ходу від тиску пари наведено на фіг. 3. На фіг. 3, коли поршень знаходиться у верхній мертвій точці, здійснюється впорскування чотирма форсунками води на гарячі поверхні та в гази у навколо циліндровому просторі і створюється пар з великим тиском, який надходить через відкриті клапани 9 у надпоршневий простір, примушуючи поршень рухатись до нижньої мертвої точки. Клапан 11 в ході робочого ходу від тиску пари (п'ятий такт) закритий. 4. Загальний вигляд у поперечному розрізі шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння з використанням енергії пари перед початком випуску відпрацьованих газів в атмосферу. На фіг. 4, коли поршень знаходиться у нижній мертвій точці, показано початок випуску відпрацьованих газів у атмосферу. Випускні клапани 9 відкриті, випускний клапан 11 відкритий. Принцип дії Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з використанням енергії пари під час здійснення перших чотирьох тактів працює, як звичайний чотиритактовий поршневий двигун внутрішнього згоряння, тобто здійснюється впускання пальної суміші (повітря), стискання, згоряння та робочий хід, випуск відпрацьованих газів. Далі відпрацьовані гази через перші випускні клапани 9 виштовхуються у закритий простір навколо циліндрів Б та камери згоряння А, не виходячи у випускний трубопровід за рахунок закритого третього клапана 11 випуску відпрацьованих газів у випускний трубопровід 10. По закінченні виштовхування відпрацьованих газів та закритті випускного клапана 11 здійснюється впорскування води у виштовхнуті в навколоциліндровий закритий простір відпрацьовані гази та на зовнішні поверхні стінки циліндра і головки блока циліндра (циліндрів), що приводить до створення пари з великим тиском і охолодження циліндра та головки блока. 2 UA 74512 U 5 10 15 20 25 30 35 Під час знаходження поршня у верхній мертвій точці та початку руху до нижньої мертвої точки випускні клапани 9 відкриті і пара під великим тиском надходить у надпоршневий простір та здійснюється другий робочий хід (п'ятий такт). В цей час третій випускний клапан 11 закритий. При досягненні поршнем нижньої мертвої точки додатково відкривається третій випускний клапан 11 і здійснюється видалення поршнем суміші відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище (шостий такт). Такі такти та процеси здійснюються почергово у кожному циліндрі та позациліндровому закритому просторі. Відкриття клапанів здійснюється розподільними валами 7 (можливий електропривод) з використанням електронної системи керування. Впорскування води форсунками здійснюється тільки у прогрітий двигун. Для експлуатації двигуна при низьких температурах, використовуються спеціальні рідини. Оптимальне значення температури та тиску пари з відпрацьованими газами та подачу палива здійснює електронна автоматична система керування, а встановлені у зовнішній частині навколо циліндрового простору Б та головки блока А датчики температури та тиску подають сигнали до електронної системи і забезпечують підтримання заданої температури шляхом збільшення (зменшення) кількості води, що впорскується та збільшення (зменшення) подачі палива. Джерела інформації: 1. Автомобілі. Навчальний посібник. М.Ю. Основенко, В.П. Сахно.1992 р. 2. Автомобілі. Основи конструкції, теорія. Навчальний посібник. В.І. Сирота, В.П. Сахно. 2007 р. 3. Автомобиль. Анализ конструкции, элементы расчета. Учебник. В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин. Машиностроение. 1989. - 304 с. 4. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник. Н.Н. Вишняков и другие. 5. Автомобілі. Тягово-швидкісні властивості та паливна економічність: Навч. посібник. Сахно В.П., Безбородова Г.Б., Маяк М.М., Шарай С.М - К.: В-во "КВІЦ", 2004. - 174 с. 6. Автомобільні двигуни. Підручник. Ф.І. Абрамчук, Ю.Ф. Гутаревич, К.Є. Долганов, І.І. Тимченко В-во Арістей, 2006. - 476 с. 7. Гібридні автомобілі. Монографія. О.В. Баженов та інші. ХНАДУ, 2008. - 327 с. 8. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник. А.С. Орлик и другие. 1970. - 383 с. 9. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник. B.I. Сирота. В-во Арістей, 2006. 280 с. 10. Основи конструкции автомобиля. Учебное пособие для ВУЗов. Иванов A.M., Солнцев А.И., Гаевский В.В. и др. изд. "За рульом", 2005. - 336 с. 11. Устройство автомобиля. Учебник. Михайловский У.В., Серебряков К.Б., Тур У.Я. М.; Машиностроение, 1987. - 352 с. 12. Програми самонавчання з вивчення конструкції та принципу дії елементів конструкції автомобіля. Примітка: Всі вище наведені джерела інформації не містять інформації про шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з використанням енергії пари. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з використанням енергії пари, який характеризується тим, що включає кривошипно-шатунний та газорозподільний (з випускними клапанами у головці блока та у випускному трубопроводі) механізми, системи мащення, запалювання, запуску, живлення паливом, повітрям, водою (з ємністю для води, насосом, форсунками впорскування води у відпрацьовані гази та на гільзи і головки циліндрів), із тактами впускання, стискання, робочого ходу, випуску відпрацьованих газів у закритий простір гільзи циліндрів та головки блока, другого робочого ходу і випуску відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище. 3 UA 74512 U 4 UA 74512 U 5 UA 74512 U 6 UA 74512 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7