VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Двигатель внутреннего сгорания-агрегат, без которого практически нельзя представить современную наземную, водную и воздушную технику. На сегодняшний день каждый из нас сталкивался с этим устройством и его обслуживанием. Цены на горюче-смазочные материалы (ГСМ) очень весомо отражаются на расходах среднестатистического человека. В условиях нестабильной экономической ситуации и постоянным загрязнением атмосферы, волей-неволей, ученые и специалисты задумываются о переходе на альтернативный вид топлива. Электромобили, гибриды, водородные автомобили, конечно же имеют массу преимуществ перед обычным двигателем, но, несмотря на это ни один крупнейший автоконцерн не отказался от своего стандарта.

Основной проблемой современных двигателей внутреннего сгорания является высокий расход ГСМ, загрязнение экологии и низкий коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициент полезного действия - это показатель полезной работы устройства (в нашем случае ДВС). Ни от кого не секрет: сколько мы затратим энергии, столько же и получим. КПД обычного двигателя составляет порядка 30%. Еще 40% идет на подогрев и дополнительное оборудование. И, наконец, оставшиеся 30%, почти треть выделенной теплоты уходит через выхлопную трубу и загрязняет атмосферу. Из этого следует вывод: мы тратим больше энергии, чем получаем.

Решение этой проблемы нашел 75-летний изобретатель Брюс Кроуэр. Рассмотрим патент «Шеститактный двигатель» (концепция Steam-o-Lene) [1].

На рис.1 показана работа двигателя внутреннего сгорания

Рис. 1. Шеститактный двигатель

Идея заключается в том, что к традиционным 4-м тактам добавляются 2 дополнительных. Источником энергии для них служит не очередная порция топливовоздушной смеси, а избыточная температура. В качестве рабочего тела применяется простая вода. При атмосферном давлении вода, превращаясь в пар, увеличивает свой объем в 1600 раз и обладает колоссальной энергией. В двигателе Кроуэра вода впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капелек под давлением около 150 атм., когда заканчивается четвертый такт и поршень возвращается в исходное положение. Попадая на раскаленную поверхность поршня и гильзы цилиндра, вода превращается в пар и толкает поршень вниз, совершая рабочий пятый такт. На шестом такте отработанный пар удаляется из камеры сгорания через выпускной клапан. Таким образом Кроуэр заставляет уже сгоревшее топливо еще раз совершить полезную работу, используя его «тепловой фантом».

Сложность этого нововведения заключается в том, что двигатель не может работать сразу на воде, нужно разогреть его до рабочей температуры. Очевидно, что механизм газораспределения нужно переделывать от и до.

Рассмотрим патент № 28510 опубликованный 15.05.2014 [2], автор: Крутских Б.В. «Способ внутреннего охлаждения двигателя внутреннего сгорания». Цель этой разработки- улучшение эффективности и надежности охлаждения ДВС и его работы. Задачей изобретателя является способ охлаждения, применимый для любого типа ДВС с минимальным количеством изменения конструкции, деталей и встроенной автоматической регулировкой теплового режима индивидуально в каждой камере сгорания, без смены режимов работы мотора. Эта задача решается тем, что в камеру сгорания устанавливаются форсунки впрыска жидкостей и датчик температуры, сигнал от которого преобразуется в управляющие команды для работы форсунок, так же необходимы, емкость для жидкостей и насос высокого давления для подачи жидкостей в форсунки, рис. 2.

Рис. 2. Способ внутреннего охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Недостаток этого нововведения заключается в том, что проблема с экологией не решается, а КПД повышается всего на незначительных 3%.

Разработка ДВС с паровыми камерами сгорания, а если точнее, то переделка камер сгорания под паровые такты [3]. Суть изобретения заключается в некотором конструктивном дополнении двигателя.

Разберем работу двигателя по тактам, рис. 3:

1й такт- впуск топливо-воздушной смеси

2й такт- сжатие топливо-воздушной смеси

3й такт- воспламенение топливо-воздушной смеси

4й такт- выпуск остаточных газов

Рис. 3. Работа двигателя по тактам

Как было сказано выше, 30% теплоты в виде остаточных газов на четвертом такте выходят в атмосферу. В данной разработке 1ый и 4ый цилиндр остаются неизменными, а во 2-й и 3-й , вместо топлива, через впускной клапан (соединенный с выпускным 2х соседних цилиндров) будут поступать остаточные газы. Далее будет их сжатие (2ой такт), затем впрыск воды (вода под температурой сжатия и остаточных газов, преобразуясь в пар, дает давление, эквивалентное давлению сгорания топливо-воздушной смеси). На выпуске вода скапливается в конденсат и через сепаратор очищается для повторного использования. Все вредные вещества остаточных газов растворяются в воде.

На выходе мы получаем повышение КПД на 15%, снижение расхода топлива на 30% и полное отсутствие выхлопных газов. Из дополнительного оборудования необходимо установить сепаратор на выпуске, водяной насос и форсунки на 2ой и 3ий цилиндр. Также будет необходимо гильзование 2-го и 3-го цилиндра. Взамен, мы можем полностью отказаться от системы выпуска. Данная схема может быть применима на большинство, как современных, так и устаревших ДВС.

Литература:

1. Журнал «Популярная механика» 2008г. №6 (Автор: Владимир Санников)

2. Патент №28510 «Способ внутреннего охлаждения двигателя внутреннего сгорания»

http://www.google.com/patents/WO2013122445A1?cl=ru

Код для цитирования: Скопировать