ИЗОБРЕТЕНИЕ (НОУ-ХАУ)

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и гибридных ДВС для автотранспорта.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

1. Конструктивно в наибольшей степени уменьшить тепловые потери ДВС с выхлопом и камерой сгорания.
2. Увеличение мощности с экологическим и бесшумным выхлопом без наличия трехкомпонентного дожигателя выхлопа, системы выпуска и глушителя звука.
3. Использовать тепло от выхлопа на 33% для получения дополнительной механической энергии с целью увеличения суммарного КПД.
4. Иметь тяговые характеристики паровой машины на колеса автомобиля на всех режимах его движения.
5. Существенно уменьшить пожароопасность ДВС.
6. Сократить предельно количество узлов и деталей ДВС с целью уменьшения веса, габаритов, цены с увеличением моторесурса.

Недостатки обычных и гибридных ДВС. Критика.

Обычные ДВС строятся с запасом мощности для интенсивного разгона, обгона, движения на подъем и тяжелых условий движения автомобиля, что используется в 10-15% случаях. ДВС имеет КПД 24% только в одном оптимальном режиме оборотов и нагрузки.

На малонагруженных режимах, в условиях города и т.д., КПД ДВС уменьшается до 18-14-10-8%, а содержание СО и расход топлива увеличиваются почти вдвое.

Конструктора ДВС нашли компромиссное решение, чтобы ДВС работал на всех режимах автомобиля только в оптимальном режиме с КПД 24%. Для этого устанавливают на автомобиль ДВС в 30 л.сил вместо 90 л.сил, чем и достигается экономия топлива. Например, у гибридного «Приуса» официальная экономия топлива достигает 50%.

Избыток мощности у ДВС на малонагруженных режимах используется на привод обратимого генератора электромотора, энергией которого заряжаются щелочные аккумуляторы, преобразуя электрическую энергию в электрохимическую. Электрохимическая энергия используется посредством электродвигателя как дополнение к мощности ДВС на больших нагрузках. Или только от одних аккумуляторов при условии, что вся мощность ДВС используется только на зарядку аккумуляторов.

И далее, 33% тепла от выхлопа ДВС у гибридного «Приуса», как и у всех ДВС не используется для получения дополнительной механической энергии, а сам выхлоп производится в атмосферу.

Необходим трехкомпонентный дожигатель выхлопа, который нейтрализует выхлопные газы не более чем до 90% и система глушения шума выхлопа.

При четырехкратном преобразовании одного вида энергии в другие, если взять КПД электродвигателя и аккумуляторов 90%, что маловероятно, то в механическую энергию возвращается только 60% на больших нагрузках ДВС. Т.е. за запас энергии и ее сохранение приходится платить ДВС и на 40% больше расходовать топливо.

Камеры сгорания обычных и гибридных ДВС конструктивно несовершенны. Они не обеспечивают полного сгорания топливной смеси, высоких степеней сжатия без детонации. До 50% тепла от горения недоиспользуется для получения повышенного индикаторного давления на поршень, ввиду увеличенной внутренней площади нагрева камер сгорания и светового излучения от горения топливной смеси при температуре +2500 - +2700^оС. В световое излучение переходит до 60% тепла, для которого газы почти прозрачны и нагревают непрозрачные камеру сгорания, поршень и клапана, тепло от которых выносится системой охлаждения.

Все автомобили с ДВС по ездовым качествам до сих пор не достигли тяговых характеристик паровой машины паровоза, хотя за последние 60 лет ДВС кардинально усовершенствовались. Они стали сложнее и дороже. Расход топлива уменьшили до 15-20%, но полного сгорания топливной смеси так и не достигли.

За компромиссную экономию топлива приходится дополнительно платить. Гибридные ДВС в три раза дороже обычных из-за тяжелых, громоздких и дорогих аккумуляторов. Они занимают много места, увеличивают вес автомобиля, не улучшают экологию, увеличивают дополнительно расход топлива.

Такова суть всех гибридных ДВС, которые считаются экономически выгодными в наше время, когда нефти сжигают больше, чем ее добывают и ее запасы истощаются.

Однако имеется конструкция нового двухгибридного ДВС в виде технического эскиза с основными обозначениями и пояснениями. В нем все указанные критикой недостатки конструктивно устранены. Новый ДВС скомпонован из узлов двигателей внутреннего и внешнего сгорания, но в новой конструктивной взаимосвязи по тепловым процессам с применением нового рабочего тела, которое является основой изобретения, ранее нигде не применявшегося.

При установке на автомобиль новый двухгибридный ДВС не будет нуждаться:

1) В маховике, 2) Муфте сцепления, 3) Коробке передач, 4) Тормозах, 5)Стартере, 6) Выхлопном наружном коллекторе, 7) Трехкомпонентном дожигателе выхлопных газов, 8) Системе выпуска газов. 9) Глушителе звука выхлопа, 10) Электронном впрыске топлива с дорогим и сложным компьютерным управлением. Впрыск заменен «Новинкой Морозова-88», готовящей новую топливную смесь по качеству, недоступному впрыскным системам  ДВС. 11) Сложный и  дорогой четырехтактный ДВС заменен двухтактным с новой камерой сгорания с экологическим выхлопом и с наилучшими экономическими характеристиками. 12) И всем том, что было придумано для ДВС за последние 60 лет.

В итоге, пока теоретически, с учетом многолетней практики, удалось существенно уменьшить по всем параметрам количество узлов и деталей нового двухгибридного ДВС, использовать 33% тепла от выхлопа ДВС для получения дополнительной механической энергии с тяговыми характеристиками на колеса автомобиля паровой машины, которая способна временно увеличить свою мощность в 6-8 раз когда потребуется. Обоснованно предполагаемый общий КПД равен 52-54% против 24% обычного ДВС. Пуск ДВС происходит от тяговой машины. Для этого пришлось придумать новое рабочее тело с повышенным удельным весом и теплоемкостью. Без него все изложенное было бы невозможно.

Краткая новизна изобретения нового двухгибридного ДВС по использованию 33% тепла от выхлопа.

Для этого надо:

Всю механическую энергию ДВС с КПД 24% преобразовать в энергию сжатого газообразного нового рабочего тела с увеличенным удельным весом и теплоемкостью. Это достигается тем, что вся мощность ДВС расходуется на привод компрессора, на сжатие нового рабочего тела и подачу его в баллон накопитель емкостью 10-15-20 литров.

Новое свойство рабочего тела позволяет сжать его до давления в 40-50 атм. с температурой конца сжатия +140 - +180^оС с наименьшим расходом механической энергии от ДВС. В баллоне, по его центру, расположен оребренный выхлопной коллектор-теплообменник от ДВС, заключенный в теплоизолированную трубу. Рабочее тело с давлением 40-50 атм. проходит оребренный теплообменник, нагреваемый выхлопными газами с температурой +900 - +1300^оС, нагреваясь само до +350 - +400^оС и увеличивая свой объем в три и более раз.

При давлении нового рабочего тела 40-50 атм происходит наиболее интенсивный отбор тепла от оребренного выхлопного коллектора ДВС за наименьшее время. Почти все тепло отбирается от выхлопных газов на нагрев нового рабочего тела с давлением 40-50 атм. В дальнейшем рабочее тело направляется на тяговую машину -  аналог паровой для привода колес автомобиля с тяговыми характеристиками паровой машины.

При этом, энергия нового сжатого рабочего тела преобразуется в механическую, которая в сумме состоит из 24% КПД ДВС, полученного из 38% индикаторного ДВС с расходом на самообслуживание ДВС 14%.

В накопительном баллоне уже готовые индикаторные давление с температурой, созданного посредством ДВС и компрессора с 33% тепла от выхлопа. Потери тепла на самообслуживание тяговой машины отсутствуют. А на ее внутреннее трение расходуется не более 1% тепла. В итоге, с учетом тепловых потерь 3%, получаем дополнительно 30% механической энергии от тяговой машины. Что в сумме составит общий КПД в 54%.

Однако, реальный общий КПД двухгибридного ДВС может увеличиться до 60% и выше за счет применения на ДВС новой камеры сгорания. В ней конструктивно в 2 – 2,5 раза уменьшены тепловые потери от горения топливной смеси в систему охлаждения с учетом полного экологического сгорания новой топливной смеси от «Новинки».

Вторая гибридность нового ДВС образуется от использования 33% тепла от выхлопа в механическую работу.

Конструктивная технология получения нового рабочего тела с увеличенным удельным весом и теплоемкостью.

Получается при совместной последовательной работе ДВС с компрессором следующим образом. Компрессор с приводом от ДВС всасывает охлажденные выхлопные газы от ДВС и, сжимая их, подает в баллон накопитель, в котором давление газов и их температура увеличиваются. Газы имеют очень малый удельный вес и теплоемкость.

Например. При их сжатии до 10 атм температура газов увеличивается до +300^оС и выше.. А это потери тепла в окружающую среду и малое давление газов, которые воспримут малую часть тепла в баллоне накопителе от теплообменника.

Пар слишком теплоемок и ему не хватит тепла от теплообменника, чтобы заметно увеличить температуру, давление, объем в баллоне накопителе. Пар очень теплоемок. Один килограмм пара при атмосферном давлении с температурой +100^оС при его конденсации нагревает 6 кг воды до +100^оС. Один грамм воды создает объем 1600см³ при его испарении в пар с температурой +100^оС.

И далее. При увеличении давления газов в баллоне накопителе увеличивается нагрузка на компрессор, механическая и тепловая. От температуры сжатых газов вода в автономной системе охлаждения компрессора кипит при температуре +80^оС под воздействием вакуума, образуемого при всасывании газов. Насыщенный пар с температурой +80^оС подсасывается к газам и смешивается с ними перед их сжатием в компрессоре.

При сжатии газов в компрессоре пар в разы снижает температуру газов нагреваясь сам, чем уменьшается расход механической энергии ДВС на компрессор. При увеличении нагрузки на компрессор, температура сжимаемого уже нового рабочего тела увеличивается, за счет чего увеличивается и парообразование в системе охлаждения компрессора. При этом не происходит повышение температуры нового рабочего тела выше расчетной. Т.е. система саморегулирующая. Вакуум (степень разряжения) можно регулировать дросселем. В итоге получаем новое рабочее тело с необходимыми свойствами для увеличения КПД.

В теплотехнике имеется классический аксиомный пример. Газ, взятый при давлении 50 атм и температуре +350^оС и пропущенный через расширительную машину, преобразует на 100% все свое тепло в механическую работу с температурой выхлопа в окружающую среду +20^оС.

С использованием нового рабочего тела с увеличенным удельным весом и теплоемкостью (выше, чем в газах), температура выхлопа из тяговой машины будет выше, приблизительно составляя +40^оС - +80^оС, ввиду его увеличенной теплоемкости, за счет части пара в газах.

Но это одновременно увеличит и КПД тяговой машины, подогревая теплоемким паром газы при их расширении в цилиндрах тяговой машины, увеличивая линию их расширения с меньшим падением давления газов.

Наверно понятна и разница по тепловым потерям ДВС 33% тепла с температурой выхлопа +900^оС - +1300^оС, в сравнении с выхлопом тяговой машины +40^оС - +80^оС с потерей тепла не более 3%. Т.е. аналог тому, как обычный ДВС лучше тянет в дождливую и туманную погоду, засасывая с топливной смесью насыщенный влажный воздух. При этом температура горения топливной смеси снижается незначительно, а давление на поршень увеличивается и ДВС не перегревается, увеличивая мощность.

Часть узлов нового гибридного ДВС были испытаны автором, работающим в свое время испытателем на ВТЗ. Это «Новинка Морозова-88», установленная на многих тысячах ДВС, которая снизила эксплуатационные расходы на ДВС до 40%. И новая камера сгорания, изготовленная в 6-ти экземплярах для двухтактного ДВС. Будь я директором автозавода, она прошла бы испытания и на четырехтактном ДВС. Она теоретически, по заключению Ученого совета кафедры ДВС Владимирского государственного университета, способна сэкономить 1/3 топлива с увеличением мощности до 20% с экологическим выхлопом. Что и указали в выданном мне «Протоколе № 63-А».

Новый двухгибридный ДВС может заинтересовать автопромы тех стран, где своей нефти нет или ее мало, где ее приходится закупать по международным ценам.

По телевидению президент США Д.Буш недавно сделал  заявление, что выделил миллиарды долларов на создание новой конструкции ДВС для американских автомобилей, наиболее экологичного и экономичного. США закупает 25% всей мировой добычи нефти.

Автор предполагает, что новый двухгибридный ДВС по своим технико-экономическим показателям вполне бы устроил автопромышленников США, с их развитой наукой, если эта информация дойдет до американских инженеров.

10 августа 2006 года.

Адрес автора: Российская Федерация, 600020 г. Владимир, ул. Большая Нижегородская, дом 1-А, квартира 12, тел. (4922) 32-21-41 Морозов Владимир Николаевич. Возраст 76 лет. (e-mail: new-invention@yandex.ru)