Двигун внутрішнього згоряння з підвищеним ККД

Винахід відноситься до машинобудування, а саме до двигунобудування. Двигун внутрішнього згоряння містить камеру згоряння, утворену внутрішньою поверхнею циліндра і днищами поршнів. Поршні розведені на деякий кут, оптимальна величина якого становить 35 - 60o, фіксуються шляхом зачеплення однакових шестерень, нерухомо закріплених на кінцях колінчастих валів з центральною шестірнею-маховиком, пристосованої для стартерного пуску двигуна і відбору потужності її валу. Винахід дозволяє підвищити ККД двигуна внутрішнього згоряння. 4 з.п. ф-ли, 3 мул.

Винахід відноситься до машинобудування, а точніше до двигунобудування і способу роботи.

Може бути використано усюди, де нині використовуються ДВС. Головний недолік сучасних ДВС - низький ККД. Для карбюраторних двигунів він становить 25-30%, для дизельних - 35-40%. Такий низький ККД пояснюється трьома причинами: перша - робочий такт починається до приходу поршня у верхню мертву точку (в.м.т.), тобто з негативною роботи; друга - максимум тиску в циліндрі при робочому такті припадає на момент, коли поршень знаходиться поблизу в.м.т., що дуже істотно знижує ефективність перетворення теплової енергії тиску в механічну; третя - малої робочою площею, використовуваної для звершення крутного моменту (площа нижнього днища поршня). Відомий двигун внутрішнього згоряння, камера згоряння якого утворена внутрішньою поверхнею циліндра і днищами поршнів, останні мають не взаімовстречное рух і вони розведені на деякий кут розбігу (см. Пат. США N 3868931, F 02 B 75/04, 1975). Однак цей двигун має невисокий коефіцієнт корисної дії (ККД). Технічною задачею винаходу є підвищення ККД двигуна. Поставлена ​​задача вирішується за рахунок того, що двигун містить камеру згоряння, утворену внутрішньою поверхнею циліндра і днищами поршнів, останні мають не взаімовстречное рух, а розведені на деякий кут (кут розбігу), при цьому оптимальна величина його становить від 35 до 60 градусів і фіксується шляхом защепленія однакових шестерень, нерухомо закріплених на кінцях валів, з центральною шестірнею-маховиком, пристосованої для пуску двигуна й відбору потужності з її валу. Крім того, один з поршнів (робочий), випереджаюче інший поршень (допоміжний), має подовжений шатун, величина якого визначається кутом розбігу поршнів і кутом Може бути використано усюди, де нині використовуються ДВС для робочого поршня. Обсяг камери згоряння визначається як співвідношенням довжин шатунів, так і зміною (збільшенням) радіусу кривошипа допоміжного поршня. Двигун виконаний зі збільшеною робочою площею за рахунок збільшення діаметра циліндра, має максимальне зближення поршнів, при цьому в їх днищах виконані виїмки, що забезпечують необхідний ступінь стиснення. Робочий такт в двигуні починається з позитивної роботи, яка визначається кутом становища робітничого поршня при оптимальному куті разбежки поршнів, величина якого встановлюється дослідним шляхом для кожного типу двигуна і використовуваного палива, що забезпечує в підсумку розвитку двигуном максимального крутного моменту. Слід зауважити, що при зворотному русі обидва поршня будуть рухатися в одному напрямку, причому у робочого поршня лінійна швидкість буде зростати, а у допоміжного сповільнюватися. Таке взаємне розташування при їх максимальному зближенні і створює необхідний ступінь стиснення, величина якої визначається шляхом співвідношення довжини шатунів і зміною (збільшенням) радіусу кривошипа допоміжного поршня. Останнє робиться з метою згладжування лінійних швидкостей. Відомо, що в замкнутому просторі тиск газу у всіх напрямках однаково на одиницю площі. Отже, чим більше робоча площа в двигуні, тим ефективніше буде використовуватися теплова енергія тиску. З цією метою в двигуні передбачається деяке збільшення діаметра циліндра при максимально допустимому зближенні поршнів при робочому такті з одночасним влаштуванням виїмок в днищах поршнів з метою забезпечення необхідного ступеня стиснення. Таким прийомом забезпечується значну перевагу робочої площі над неробочий. У сучасних двигунах з одним поршнем в циліндрі початкова фаза робочого такту, в кращому випадку, починається при 50% частці робочої площі з подальшим її зменшенням в міру віддалення поршня від в.м.т. У пропонованому двигуні рівняння площ відбудеться тільки тоді, коли відстань між поршнями складе половину діаметра циліндра. А це суттєво важливо, якщо врахувати, що 80% всієї роботи припадає на 60 градусів повороту колінчастого вала при робочому такті. Оптимальні розміри циліндра приймаються дослідним шляхом в залежності від типу двигуна і виду використовуваного палива. Принципова особливість роботи двигуна полягає в наступному: наявність кута розбігу поршнів дозволяє до початку робочого такту вивести робочий поршень на деякий заданий кут, при якому досягається максимальний крутний момент. Необхідною умовою для цього є, щоб максимум розподілу в циліндрі збігався з виходом допоміжного поршня з В.М. т. Оптимальна величина кута зсування поршнів знаходиться в межах 35-60 градусів. Підвищення ККД в пропонованому двигуні буде визначатися наступними факторами: кутом розбігу поршнів і кутом для робочого поршня, більшою робочою площею і більш ефективним способом перетворення теплової енергії тиску в механічну. Крім цього слід зазначити, що робочий такт в новому двигуні буде починатися з позитивної роботи, а на досягнення необхідного ступеня стиснення буде витрачатися менше енергії через одностороннього напрямку руху поршнів. Даний принцип пристрою двигуна і пропонований спосіб роботи поршнів може бути використаний і при зовнішньому підводі теплової енергії. На фіг.1 схематично показаний загальний вид дизельного двигуна. Він складається з циліндра 1; робочого 2 і допоміжного 3 поршнів; форсунки 4; шатунів 5 і 6; вихлопних вікон 7; продувних щілин 8; колінчастих валів 9 і 10; однакових шестерень 11 і 12; центральної шестерні 13; вала відбору потужності 14. На фіг. 2, 3 показані можливі варіанти положення поршнів в момент початку робочого такту. Позначення см. Фіг.1. З малюнка видно, що кут для робочого поршня становить 20 градусів, допоміжний поршень знаходиться на відстані 15 градусів до його приходу в в.м.т. Сума зазначених кутів дає кут розбігу поршнів - 35 градусів. З теорії відомо, що крутний момент визначається формулою де P - сила тиску поршня; R - радіус кривошипа; - кут повороту кривошипа; - кут повороту шатуна. (Див. "Автомобільні двигуни" під ред. М.С.Ховаха, Москва, "Машинобудування", 1977, стор. 346). Якщо допустити, що максимум тиску в звичайному двигуні відповідає розі в 15o, то в нашому прикладі це станеться при вугіллі в 35 градусів. В цьому випадку геометричний множник зросте в два рази (див. Таблицю 3, стор. 575, "Автомобільні двигуни"). А якщо врахувати, що і твір також зросте, то в цілому підсумкова величина крутного моменту ще більше збільшиться. При максимальному куті разбежки поршнів геометричний множник зросте багаторазово, що в підсумку перевищить 100% значення ККД. Цей парадокс пояснюється тим, що його величина для нині експлуатованих двигунів явно завищена. Співвідношенням діаметрів шестерень колінчастих валів c центральної шестерні можна у великих межах змінювати передавальне число, що робить двигун більш універсальним і стабільним в роботі. Найбільш технологічно простими виглядають дизельні варіанти двигунів. Що ж стосується двигунів з іскровим запалюванням, то в цьому випадку клапани і свіча запалювання повинні встановлюватися в формкамере, що влаштовується в центральній частині циліндра. Перехід на новий тип двигунів крім чисто економічних вигод дозволить значно оздоровити і екологічну обстановку, яка нині набуває катастрофічного характеру.

формула винаходу

1. Двигун внутрішнього згоряння, що містить камеру згоряння, утворену внутрішньою поверхнею циліндра і днищами поршнів, останні мають не взаімовстречное рух, а розведені на деякий кут (кут розбігу поршнів), що відрізняється тим, що оптимальна величина його становить 35 - 60oC і фіксується шляхом зачеплення однакових шестерень, нерухомо закріплених на кінцях колінчастих валів, з центральною шестірнею-маховиком, пристосованої для стартерного пуску двигуна і відбору потужності з її валу. 2. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що один з поршнів (робочий), випереджаюче у своєму русі інший поршень (допоміжний) має подовжений шатун, величина якого визначається кутом розбігу поршнів і кутом 1 для робочого поршня. 3. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що обсяг камери згоряння визначається як співвідношенням довжин шатунів, так і зміною (збільшенням) радіусу кривошипа допоміжного поршня. 4. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що він виконаний зі збільшеною робочою площею за рахунок збільшення діаметра циліндра, має максимальне зближення поршнів, при цьому в їх днищах виконані виїмки, що забезпечують ступінь стиснення. 5. Двигун по п.1, що відрізняється тим, що робочий такт в ньому починається з позитивної роботи, яка визначається кутом становища робітничого поршня при оптимальному куті разбежки поршнів, величина якого встановлюється дослідним шляхом для кожного типу двигуна і використовуваного палива, що забезпечує в підсумку розвитку двигуном максимального крутного моменту.

МАЛЮНКИ

Малюнок 1

, малюнок 2 , малюнок 3

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008