Новые научно-инновационные направления в изобретении тепловых двигателей

Соинвестирование

Путем усовершенствования рабочего процесса и сокращения такта разработан двухтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) нового типа, где повышается коэффициент полезного действия и уменьшается токсич­ность выбросных газов. Масса ДВС сокращена в 2-3 раза; упрощены и упразднены основные механизмы тепловых двигателей и установок независимо от типа и приме­няемого горючего.     

Как известно, в настоящее время все мировое сообщество ищет пути разрешения проблемы новых источников и альтернативной энер­гии, увеличения коэффициента полезного действия (КПД) перехода энергии из одного вида в другую, сохранения экологии, уменьшения выбросов токсичных газов и других вредных веществ в окружающую среду, ресурсосберегающих технологий и т.д.
Однако стоит отметить, что чем искать новые источники и аль­тернативные энергии, важнее увеличить целевой КПД перехода энер­гии от одного вида в другой.
Один из наиболее важных аспектов вышеуказанных направлений является повышение термического КПД тепловых двигателей и умень­шение токсичности выбросных газов.
Для достижения вышеотмечен­ных целей с практической точки зрения, в области теплотехники, а именно тепловых двигателей и установок, независимо от типа и приме­няемого горючего, изобретены и научно обоснованы иные двигатели внутреннего сгорания (ДВС), с конструктивно простой и большой удельной мощностью. В этих двигателях одновременно усовершенст­вована система обеспечения и снабжения воздуха и система охлажде­ния. Чем больше заряда - тем больше мощности, чем больше давления - тем лучше качества быстрого сгорания горючего смеси (хороший  адиабатный процесс), чем больше интервал источников теплоты - тем больше КПД.
За свою более чем вековую историю развития поршневые и ком­бинированные ДВС достигли высокой степени совершенства. Однако все эти дополнительные устройства для увеличения КПД тепловых двигателей и понижения токсичности выбросных газов, не упрощает рабочий процесс, не упраздняет основных механизмов и такта.        

Как известно, повышение термического КПД, а также основных параметров обобщенного цикла тепловых двигателей и качества сгора­ния, в основном характеризуются следующим образом:
КПД цикла Карно определяется отношением температур горячего и холодного ис­точников теплоты ηt=1-Т2/Т1; степенью сжатия  ε=V1/V2;
степенью повышения давления  λ=P3/P2;  
степенью предварительного расширения   ρ=V4/V2;
Таким образом, значение термического КПД возрастает при уве­личении T1 или уменьшении T2. В случае перепада температуры ис­точников теплоты T1=T2, термический КПД ηt=0.
В настоящее время подвод холодного источника теплоты сущест­вующих ДВС осуществляется снаружи водой или воздухом, когда го­рячий источник теплоты происходит внутри рабочего объема. Исходя из этого, охлаждение целесообразно осуществить снаружи и внутри рабочего объема.
С этой точки зрения, охлаждение происходит внутри рабочего объема путем сквозного проветривания и входа воздуха от сжатой зоны в более низкую зону давления, которая находится поблизости и снима­ется тепловая напряженность, в процессе чего, увеличивается скорость охлаждения (уменьшается значение T2). При этом с практической точки зрения, больше снимаем тепловую напряженность основных ра­бочих механизмов (поршни, цилиндры, головки и т.д.). В соответствии  с этим, увеличиваем интервал горячего и холодного источника (T1и T2) и одновременно - динамику развития температуры теплоты. В свя­зи с умещением холодного источника теплоты -T2, тем самым обеспе­чиваем возможность наполняемости рабочего объема путем дополне­ния сжатого воздуха и в результате получаем: V1=Vнач.+Vдоп., ε=V1/V2=(Vнач.+Vдоп.)/V2, заодно увеличиваем степень повышения давления (λ=P3/P2) и степень предварительного  расширения (ρ=V4измен./V2), само собой разумеется, что изменится степень падения давления (λP=P5/P6) и степень сокращения объема (ευ=V6/V1).          
ДВС высоких степеней сжатия и сравнительно бедных горючих смесей повышает их экономичность и уменьшает токсичность, позво­ляет использовать качественное регулирование мощности в области высоких нагрузок и количественное регулирование в области малых нагрузок.        
В настоящее время существуют тепловые двигатели внутреннего сгорания беспрерывного действия - двухтактные и четырехтактные не­зависимо от применения горючего (газообразное, жидкое и твердое).
В свою очередь, КПД беспрерывного действия принимаем условно за единицу, следовательно, получаем следующую последовательность;ηtбеспрер.=1> ηtдвухтак. = 0,67 > ηtчетырехтак. = 0,33.        

Исходя из вышеуказанного,  принимается во внимание, что при уп­разднении такта увеличивается КПД тепловых двигателей.Несмотря на низкий термический КПД, четырехтактные ДВС широко применяются в области малой и большой мощности.
Беспре­рывные тепловые двигатели из-за эксплуатационной характеристики, а двухтактной ДВС из-за технической причины, имеют ограничения применения в других областях мощностей.
В области больших мощно­стей эксплуатируются двигатели беспрерывного действия из-за ком­пактности малых двухтактных ДВС.
Недостаток традиционного двухтактного ДВС заключается в том, что горючая смесь попадает в рабочий цилиндр через картер коленча­того вала, или ресивера; вытекает горючая смесь; процесс продувки цилиндра совершается не в полном объеме; из-за тепловых напряжений основные механизмы не выдерживают.

Учитывая вышеуказанные недостатки, путем усовершенствова­ния рабочего процесса и сокращения такта разработан двухтактный ДВС нового типа, где горючая смесь прямо попадает в рабочие цилин­дры, минуя картер коленчатого вала и ресивера. При этом исчезает вы­текание горючей смеси. Потеря энергии на возвращение инерции поршня в два раза сокращается. Сокращена масса в 2-3 раза по сравне­нию четырехтактная. Упрощен газораспределительный механизм. Процесс продувки цилиндра совершается в полном объеме. Уменьша­ется тепловое напряжение поршня, стенок и головки цилиндра. Сокра­щен расход энергии на охлаждение. Картер  используется как масленая поддон для смазки трущихся поверхностей ДВС. Важнее всего отметить, что количественное урегулирование про­цесса расширения газа пневматическим путем, сила рабочего тела пре­вращается на механическую энергию, в связи с этим упрощается и уп­раздняется множество механизмов. 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР Министерства экономическогоразвития и торговли Республики Таджикистан
Регистрация интеллектуального продукта(121)- 0252 ТJ (122) - 05.05.2010 г.