Способ работы двигателя внутреннего сгорания с охлаждением сжиженным газом

Для этого предлагается оснастить традиционный четырехтактный двигатель (типа Отто, Дизеля, Ванкеля) или двигатель с вращающимся клапаном-цилиндром (Rotary Cylinder Valve) системой впрыска сжиженного газа-охладителя (как вариант - жидкого азота), который может быть использован одновременно и в качестве хладагента, и в качестве рабочего тела, совершающего полезную работу.

Как известно, переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное сопровождается поглощением тепла, пропорциональным массе вещества и его удельной теплоте парообразования. Также поглощение тепла происходит при последующем нагревании паров холодного газа (для азота начальная температура –196 °С) до температуры продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре (средняя температура последних около 800 °С). Учитывая, что плотность газа во много раз меньше плотности жидкости (например, плотность жидкого азота 808 кг/м³, а плотность газообразного 1,25 кг/м³при нормальных условиях), то при испарении сжиженного газа в малом замкнутом объеме камеры сгорания возникает избыточное давление, которое действует на поршень, совершая полезную работу.

Схема работы двигателя построенного по такой схеме и оснащенного системой впрыска сжиженного газа-охладителя, может быть следующей:

1-й такт – впуск горючей смеси;

2-ой такт – сжатие горючей смеси;

3-й такт – воспламенение горючей смеси и рабочий ход (происходит нагрев камеры сгорания);

4-й такт – выпуск газообразных продуктов сгорания;

5-й такт – впрыск газа-охладителя в горячую камеру сгорания, его испарение и рабочий ход (происходит охлаждение камеры сгорания);

6-й такт – выпуск газа-охладителя.

В дальнейшем процесс работы двигателя беспрерывно повторяется в указанном порядке. Таким образом, происходит чередование рабочих тактов, основанных главным образом на расширении газообразных продуктов сгорания (3-й такт, когда горючая смесь сгорает с выделением тепла), с рабочими тактами, основанными главным образом на расширении паров сжиженного газа-охладителя (5-й такт, когда сжиженный газ-хладагент нагревается за счет ранее выделившегося тепла, испаряется и расширяется, понижая температуру в камере сгорания).

Условно такой принцип работы можно назвать чередованием "горячих” (с 1-го по 4-ый) и "холодных” (с 5-го по 6-ой) тактов. Регулируя (возможно, с помощью электронной системы управления) соотношение расхода топлива и хладагента можно будет добиться оптимального теплового баланса работы двигателя внутреннего сгорания в широком диапазоне нагрузок и внешних температур без использования традиционной системы жидкостного охлаждения.

Помимо этого, предлагаемый вариант двигателя имеет два рабочих хода поршня на каждые три оборота коленчатого вала (2 такта из 6) против одного рабочего хода на два оборота коленчатого вала (1 такт из 4) как в обычном двигателе внутреннего сгорания, что дает возможность получить уменьшение веса двигателя на единицу мощности, а также экономию углеводородного топлива, поскольку сгорание происходит только в одном такте из шести.

Так как при данном способе происходит более полное преобразование тепла в полезную работу, то повышается КПД двигателя и происходит уменьшение вредных выбросов в атмосферу в случае использования для охлаждения безвредных сжиженных газов (например, азота).

Если в качестве газа-охладителя используется само топливо (например, сжиженный метан или сжиженный водород), то в этом случае после "холодного” такта нагретый газ вновь подается в цилиндры уже в качестве топлива.

В зависимости от конкретных видов топлива и хладагента, температуры окружающей среды и других факторов возможны варианты построения двигателя когда на один "горячий” такт будет приходиться два или более "холодных” тактов, или наоборот, на один "холодный” - несколько "горячих”.

Автор: Лохоткин Сергей Владимирович

Разместил статью: rubin4
Дата публикации:  17-07-2013, 20:55

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Лохоткин Сергей Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!