СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ И ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ НИКОЛАЕВА Российский патент 2004 года по МПК F02G1/04 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в тепловых двигателях поршневого и роторного типа.

Известен способ работы теплового двигателя объемного вытеснения путем сгорания топливной смеси в цилиндре с выделением теплоты и увеличением энергии сжатых газообразных продуктов сгорания и циклического воздействия образованным расширяющимся газообразным рабочим телом на поршень, кинематически связанный с помощью кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом (Двигатели внутреннего сгорания. /Под ред. А.С.Орлина. - М.: Машиностроение, 1970, т.1, с.26-28, рис.6).

В число недостатков двигателя внутреннего сгорания входят жесткие требования к топливу и низкие экологические эксплуатационные показатели.

Известен способ работы теплового двигателя объемного вытеснения путем подвода теплоты к газообразному рабочему телу, приводящего к увеличению его внутренней энергии, вне цилиндра и циклического воздействия поступающим в цилиндр и расширяющимся газообразным рабочим телом на поршень с отводом теплоты отработавшего газообразного рабочего тела в конце цикла (Двигатели Стирлинга. /Под ред. М.Г.Круглова. - М.: Машиностроение, 1977, с.8-10, рис.4).

Однако приемлемая работоспособность двигателя Стирлинга обуславливает конструктивное усложнение; в случае компоновки в одном цилиндре соосно с рабочим поршнем дополнительно установлен вытеснительный поршень, а цилиндр снабжен низкоэффективным регенератоpом-теплообменником.

Приближен к заявляемому по простоте конструкции тепловой двигатель объемного вытеснения, способ работы которого включает подвод теплоты к жидкому рабочему телу для его испарения и увеличения внутренней энергии образующегося газообразного рабочего тела и циклическое воэдействие расширяющимся газообразным рабочим телом через каналы, сообщающие испарительную камеру с рабочей камерой цилиндра, на поршень, кинематически связанный с валом (а.с. №1620664, F 02 G 1/04, 1991).

В этом двигателе с внешним подводом теплоты очевиден основной недостаток - низкая экономичность из-за дополнительного расхода энергии на парообразование.

Целью изобретения является улучшение топливной экономичности за счет исключения парообразования и оптимизации увеличения энергии газообразного рабочего тела в рабочей камере цилиндра.

Поставленная цель достигается тем, что в способе работы теплового двигателя объемного вытеснения путем увеличения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела за счет получения им теплоты и циклического воздействия расширяющимся газообразным рабочим телом в рабочей камере на подвижный преобразователь энергии сжатия в полезную работу двигателя, увеличение внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела производят сообщением рабочей камеры в интервале: конец такта сжатия - начало такта расширения, с емкостью, содержащей газообразный теплоноситель, имеющий температуру и давление, превышающие аналогичные характеристики газообразного рабочего тела в рабочей камере, в сочетании с подводом теплоты к газообразному теплоносителю в емкости до восстановления указанного превышения перед очередным теплоподводным сообщением рабочей камеры с емкостью.

Кроме того, с целью повышения рабочих характеристик двигателя дополнительно производят сообщение рабочей камеры в интервале: конец такта расширения - начало такта сжатия, с атмосферой или емкостью, содержащей газообразный теплоноситель, имеющий температуру и давление более низкие, чем аналогичные характеристики газообразного рабочего тела в рабочей камере, в сочетании с отводом теплоты от газообразного теплоносителя в емкости до восстановления указанной разницы перед очередным теплоотводным сообщением рабочей камеры с емкостью.

Непосредственный контакт находящегося в рабочей камере газообразного рабочего тела с газообразным теплоносителем повышает скорость изменения внутренней энергии рабочего тела в сравнении с известными способами работы двигателей с внешним подводом теплоты.

На чертеже представлена конструктивная схема заявляемого теплового двигателя объемного вытеснения Николаева.

Двигатель для реализации предлагаемого способа работы содержит корпус с размещенными в нем рабочей камерой 1 с поршнем 2, кинематически связанным посредством шатуна 3 с коленчатым валом 4, и приспособлением для увеличения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела, выполненным в виде клапана 5, соединяющего рабочую камеру 1 с емкостью 6, заполненной газообразным теплоносителем и снабженной средством подвода теплоты (нагревателем) 7.

Кроме того, для улучшения работоспособности рабочая камера 1 дополнительно соединена через клапан 8 с емкостью 9, также заполненой газообразным теплоносителем и снабженной средством отвода теплоты (охладителем) 10.

Двигатель работает следующим образом.

При приближении поршня 2 во время такта сжатия к крайней верхней точке (ВМТ) открывается клапан 5 и выравниваются температура и давление газообразных рабочего тела в рабочей камере 1 и теплоносителя в емкости 6, что приводит к увеличению внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела в рабочей камере 1, в результате чего после прохождения поршнем 2 ВМТ и закрытия клапана 5 расширяющееся газообразное рабочее тело воздействует на поршень 2 и инициирует его рабочий ход (такт расширения).

При приближении поршня 2 во время рабочего хода к крайней нижней точке (НМТ) открывается клапан 8 и выравниваются температура и давление газообразных рабочего тела в рабочей камере 1 и теплоносителя в емкости 9, что приводит к уменьшению внутренней энергии рабочего тела и облегчению такта сжатия.

После прохождения поршнем 2 НМТ клапан 8 закрывается и цикл повторяется.

Нагреватель 7 обеспечивает восстановление превышения температуры и давления газообразного теплоносителя в емкости 6 над температурой и давлением рабочего тела в рабочей камере 1 к началу следующего цикла, а охладитель 10 восстанавливает пониженные температуру и давление теплоносителя в емкости 9.

Работа аналогична в случае роторного исполнения двигателя.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и позволяет улучшить топливную экономичность двигателя с внешним подводом тепла. В способе работы и тепловом двигателе объемного вытеснения осуществляется увеличение внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела за счет получения им теплоты и преобразование ее в полезную работу за счет циклического воздействия расширяющимся газообразным рабочим телом в рабочей камере на подвижный преобразователь энергии. Увеличение внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела производят сообщением рабочей камеры в интервале: конец такта сжатия - начало такта расширения, с емкостью, содержащей газообразный теплоноситель, имеющий температуру и давление, превышающие аналогичные характеристики газообразного рабочего тела в рабочей камере, в сочетании с подводом теплоты к газообразному теплоносителю в емкости до восстановления указанного превышения перед очередным теплоподводным сообщением рабочей камеры с емкостью. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы теплового двигателя объемного вытеснения путем увеличения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела за счет получения им теплоты и циклического воздействия расширяющимся газообразным рабочим телом в рабочей камере на подвижный преобразователь энергии сжатия в полезную работу двигателя, отличающийся тем, что увеличение внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела производят сообщением рабочей камеры в интервале: конец такта сжатия - начало такта расширения, с емкостью, содержащей газообразный теплоноситель, имеющий температуру и давление, превышающие аналогичные характеристики газообразного рабочего тела в рабочей камере, в сочетании с подводом теплоты к газообразному теплоносителю в емкости до восстановления указанного превышения перед очередным теплоподводным сообщением рабочей камеры с емкостью.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно производят сообщение рабочей камеры в интервале: конец такта расширения - начало такта сжатия, с атмосферой или емкостью, содержащей газообразный теплоноситель, имеющий температуру и давление более низкие, чем аналогичные характеристики газообразного рабочего тела в рабочей камере, в сочетании с отводом теплоты от газообразного теплоносителя в емкости до восстановления указанной разницы перед очередным теплоотводным сообщением рабочей камеры с емкостью.3. Тепловой двигатель объемного вытеснения, содержащий корпус с размещенными в нем рабочей камерой с подвижным узлом преобразования энергии сжатого газообразного рабочего тела в полезную работу двигателя, а также приспособлением для увеличения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела за счет получения им теплоты, отличающийся тем, что приспособление для увеличения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела выполнено в виде соединения рабочей камеры через клапан с емкостью, снабженной средством подвода теплоты.4. Тепловой двигатель по п.3, отличающийся тем, что рабочая камера дополнительно соединена через клапан с атмосферой или емкостью, снабженной средством отвода теплоты.