Способ работы двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для мобильного и стационарного применения. Способ работы включает чередование рабочих циклов в ограниченном объеме, периодическую передачу энергии расширяющихся газов на вращение выходного вала с механической характеристикой механизма, при этом максимальные значения сил давления газов передают на максимальные значения моментов механической характеристики механизма вплоть до совмещения амплитуды моментов с амплитудой давления газов. Изобретение обеспечивает повышение КПД и увеличение эффективности. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для мобильного и стационарного применения.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий чередование рабочих циклов в ограниченном объеме, периодическую передачу энергии расширяющихся газов (термодинамических процессов) на вращение выходного вала с механической характеристикой механизма [1].

Недостатками известных способов работы двигателя внутреннего сгорания являются: низкий КПД по причине несмещения амплитуды механической характеристики в сторону максимального значения давления в рабочей камере до совпадения с амплитудой давления и передачи энергии расширяющихся газов по симметричной механической характеристике относительно половины хода поршня.

Целью настоящего изобретения является увеличение КПД (эффективности) двигателей внутреннего сгорания при передаче энергии расширяющихся газов (термодинамических процессов) на вращение выходного вала по механической характеристике механизма.

Поставленная цель достигается тем, что энергию расширяющихся газов (термодинамических процессов) в ограниченном объеме передают на вращение выходного вала по собственной механической характеристике механизма, при этом амплитуду момента выходного вала смещают в сторону максимального значений давления в рабочей камере до совпадения (совмещения) с амплитудой давления, по несимметричной механической характеристике.

Существующий способ работы двигателя внутреннего сгорания по работе [1], с. 230, предусматривает действие силы T, которая создает крутящий момент выходного вала: T = P_гsin(ϕ+β)/cosβ; где r - длина кривошипа; M_k - момент крутящий; P_г - силы от давления расширяющихся газов; ϕ - угол поворота выходного вала; β - угол наклона шатуна к оси, проходящей через центр вращения выходного вала и центр движения поршня, в центральном кривошипном механизме.

При обозначении через l и r длин шатуна и длины кривошипа суммарный момент на выходном валу после замены угла β на ϕ: Работа сил P_г для известного способа работы ДВС определится

при P_г = 1, r = 1;

Энергия расширяющихся газов передается на вращение выходного вала по синусоидальной характеристике для кривошипно-ползунного механизма и не зависит от длины шатуна при условии P_г=1, r=1. Данная выкладка определена автором как собственная механическая (энергетическая) характеристика механизма. Для кривошипно-ползунного механизма энергетический параметр равен двум, или константа. Доказано автором, публикуется впервые. На чертеже цифрой 1 обозначена характеристика кривошипного механизма.

Заявителем (автором) разработан механизм (устройство), позволяющее смещать амплитуду момента выходного вала или амплитуду собственной механической характеристики механизма в зависимости от параметров устройства. На чертеже цифрой 2 обозначена амплитуда момента выходного вала, которую смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совпадения с амплитудой давления или сил давления.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе работы ДВС происходит чередование рабочих циклов в ограниченном объеме, энергию расширяющихся газов (термодинамических процессов) передают на вращение выходного вала по несимметричной механической характеристике, при этом амплитуду момента выходного вала (амплитуду собственной механической характеристики механизма) смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совпадения с амплитудой давления.

На чертеже цифрой 3 обозначен произведенный перенос индикаторной диаграммы из P-V в P-ϕ координаты по работе [1], с. 232. Точку b амплитуды собственной механической характеристики известного способа работы ДВС смещают в точку b' собственной механической характеристики предлагаемого способа работы ДВС, при этом смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совпадения (совмещения) с амплитудой точки C сил давления расширяющихся газов по индикаторной диаграмме в координатах P-ϕ. Поскольку собственная механическая характеристика механизма в координатах P-ϕ (сила давления газов - угол поворота выходного вала) при условии, что сила равна единице и плечо (радиус кривошипа) равно единице, обозначает возможности механизма совершать работу, следовательно, отличительный признак предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания, где амплитуду момента выходного вала или амплитуду собственной механической характеристики механизма смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совпадения (совмещения) с амплитудой давления, обеспечивает получение положительного результата, поставленной цели, выраженного в совмещении максимальных энергетических (механических) возможностей механизма с максимальными параметрами давления существующих термодинамических процессов или энергии расширяющихся газов, что сопровождается увеличением КПД (эффективности) работы ДВС. На чертеже показано предельное смещение амплитуды собственной механической характеристики механизма (момента выходного вала) из точки b в точку b' влево по оси абсцисс, но на практике можно подобрать любое промежуточное положение в зависимости от параметров или от конструкции устройства, тогда будет получен соответствующий положительный результат.

На чертеже изображены графики зависимости: 1 - собственная механическая характеристика механизма или выходного вала существующего способа работы ДВС, 2 - собственная механическая характеристика механизма или выходного вала предлагаемого способа работы ДВС, где амплитуду выходного вала смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере - крайне предельное положение, 3 - индикаторная диаграмма действительных циклов ДВС, перенесенная в координаты P-ϕ (давления - углы поворота выходного вала).

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим способом: происходит чередование рабочих циклов в ограниченном объеме, периодически передают энергию расширяющихся газов (термодинамических процессов) на вращение выходного вала по несимметричной механической характеристике механизма, при этом амплитуду момента выходного вала или амплитуду собственной механической характеристики механизма смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совпадения (совмещения) с амплитудой давления.

Возможность осуществления предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания характеризуется использованием устройств, известных из патентов Российской Федерации NN 2043550, 2062893, 2073803. Предлагаемый способ работы ДВС осуществляют следующим образом: от чередующихся рабочих циклов в ограниченном объеме энергию расширяющихся газов (термодинамических процессов) периодически передают на вращение выходного вала по несимметричной механической характеристике механизма, при этом амплитуду собственной механической характеристики механизма смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совмещения с амплитудой давления расширяющихся газов.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания, в котором энергию расширяющихся газов (термодинамических процессов) передают на вращение выходного вала с несимметричной механической характеристикой, при этом амплитуду собственной механической характеристики механизма смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совмещения с амплитудой давления газов, позволяет увеличить КПД (эффективность) ДВС.

Предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания, где амплитуду собственной механической характеристики механизма смещают к максимальным значениям давления в рабочей камере до совмещения с амплитудой давления расширяющихся газов, соответствует критериям изобретения, является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применим.

Источники информации:
1. Хачиян А. С., Морозов К.А., Трусов В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1978.

Формула изобретения

Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий чередование рабочих циклов в ограниченном объеме, периодическую передачу энергии расширяющихся газов (термодинамических процессов) на вращение выходного вала по механической характеристике механизма, отличающийся тем, что энергию расширяющихся газов передают по несимметричной механической характеристике механизма, при этом максимальные значения сил давления газов передают на максимальные значения моментов механической характеристики механизма, вплоть до совмещения амплитуды моментов с амплитудой давления газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1