Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в бензиновых и двигателях типа "Дизель". Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания заключается в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов, его поджига, причем второй ввод осуществляют при движении поршня во время рабочего хода, при этом угол между шатуном и кривошипом коленчатого вала составляет 150 - 190^o, а номинальная масса энергоносителя обоих вводов остается постоянной для данного режима работы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к улучшению преобразования тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в механическую энергию (повышение КПД). Предложение может быть использовано в бензиновых ДВС и двигателях типа "Дизель".

Известен цикл Отто, который используется во всех бензиновых ДВС, в которых рабочий цикл осуществляется путем всасывания горючей смеси (воздуха с бензином) при движении поршня от головки цилиндра с последующим перемещением поршня к головке цилиндра с поджигом при положении поршня в верхней точке (Элементарный учебник физики. Под ред. Ландсберга.-М., т.1, 1975, с. 639-642).

Недостатком такого цикла следует считать подвод тепловой энергии при постоянном объеме, когда максимальное усилие фактически не используется для вращения коленчатого вала и усилие просто изгибает коленчатый вал - изохорический процесс (Справочник по физике. Под ред. Яворского.-М.: Наука, 1964, с. 158). Далее процесс развивается со снижением давления до атмосферного.

Наиболее близким, выбранным в качестве прототипа, является способ работы ДВС, заключающийся во впрыске энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига.

Однако при осуществлении рабочего хода поршнем происходит падение давления, а следовательно, и силового воздействия на коленчатый вал, снижение выходного момента на валу двигателя.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков: повышение среднего момента на коленчатом валу, т.е. повышение КПД двигателя, так как его мощность определяется произведением момента на угловую скорость. При равенстве угловой скорости и росте момента будет возрастать мощность, а если постоянен расход энергоносителя, то возрастает КПД.

Поставленная задача достигается за счет того, что способ повышения КПД ДВС заключается в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига, причем второй ввод энергоносителя осуществляют при движении поршня во время рабочего хода. Второй ввод энергоносителя осуществляют при угле между шатуном и кривошипом коленчатого вала 150-190^o, а номинальная масса энергоносителя обоих вводов остается постоянной для данного режима работы.

Пояснения к способу: Желательно получить максимальное давление в надпоршневой полости, когда угол между шатуном и кривошипом составляет 90^o. В этом положении составляющая, касательная к траектории кривошипа, будет максимальной.

Разброс угла ввода энергоносителя объясняется следующими обстоятельствами: если способ используется в бензиновом ДВС, то ввод бензина может быть осуществлен, допустим, при угле 120^o, и 90^o будет осуществляться сгорание энергоносителя (примерно, так как линейная скорость велика); в "Дизеле" процесс сгорания будет происходить медленнее из-за самой структуры топлива, поэтому введение энергоносителя нужно производить раньше, допустим, при угле 150-190^o в зависимости от режима работы ДВС.

Введение топлива при движении поршня вниз не требует дополнительного поджига, так как температура будет выше точки вспышки энергоносителя.

Под энергоносителем понимается либо чистое топливо, либо смесь с газом (воздухом или обогащенным кислородом газом).

В начальный момент (топливо) энергоноситель, когда поршень находится в верхней точке ("Дизель"), подается от 30 до 50% номинального значения топлива, а остальные 70-50% вводятся при благоприятном положении шатуна и коленчатого вала. Это зависит от режима работы и сейчас, когда используется вычислительная техника для определения оптимального момента поджига (для бензинового ДВС), не представит проблемы.

Качественно диаграммы обоих типов ДВС представлены на фиг. 1, 2: на фиг. 1 - бензиновой ДВС; на фиг. 2 - "Дизель". Снижение процесса подвода тепловой энергии связано с уменьшением массы энергоносителя.

Однако, если соответственно снизить и объем камеры сгорания, то форма подвода тепловой энергии меняться не будет.

Заштрихованный всплеск определяется горением введенной массы топлива. Площадь, заключенная между кривыми, возрастет, а она и определяет полезную работу. Возрастает и крутящий момент, т.е. произойдет возрастание КПД, что и является целью изобретения.

Возможен случай ввода энергоносителя только при движении поршня в указанных углах.

Формула изобретения

1. Способ повышения коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подаче энергоносителя в надпоршневую полость в виде двух вводов и его поджига, отличающийся тем, что второй ввод энергоносителя осуществляют при движении поршня во время рабочего хода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй ввод энергоносителя осуществляют при угле между шатуном и кривошипом коленчатого вала 150 - 190^o.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что номинальная масса энергоносителя обоих вводов его остается постоянной для данного режима работы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2