СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02B41/02 F02B55/00 

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

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме через повторяющиеся процессы впуск, сжатие, расширение, выпуск - по индикаторной диаграмме [1] и [2].

Недостатками известных способов работы, двигателя внутреннего сгорания являются: низкий КПД, высокий уровень шума при выпуске отработанных газов по причине проведения рабочих процессов расширения в симметричном изменяемом объеме, а точки конца расширения объема по индикаторной диаграмме, не смещены влево по оси абсцисс до 1/6 части от всего объема, что приводит к потере значительного тепла в стенках, ограничивающих рабочие объемы.

Целью настоящего изобретения является увеличение кпд (эффективности) ДВС при превращении термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме, снижение уровня шума при выпуске отработанных газов.

Поставленная цель достигается тем, что процесс расширения или равнозначно-рабочего хода двигателя внутреннего сгорания осуществляют в резко несимметричном ограниченном объеме с соотношением до 2:1, относительно половины хода поршня (рабочего органа), а точки конца процесса расширения или точки начала процесса выпуска отработанных газов смещают влево по оси абсцисс до 1/6 части рабочего объема по индикаторной диаграмме действительных циклов ДВС.

Существующий способ работы двигателя внутреннего сгорания [1, 2] включает превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме через повторяющиеся процессы впуск, сжатие, сгорание и расширение, выпуск отработанных газов по индикаторной диаграмме (по работе 2, глава 2, стр.22). Но в известных способах рабочий процесс происходит в симметричном объеме относительно половины хода поршня, или рабочего органа. Изменение рабочего объема сопровождается прямо пропорциональному изменению хода поршня по фиг.1, график 1, зависимости V=f(h). Как известно при увеличении частоты вращения уменьшаются потери теплоты в систему охлаждения по работе 2, стр.85. А частота вращения сопровождается скоростью изменения рабочего объема. Заявителем разработан механизм (устройство) позволяющее изменять объем (рабочий объем) в нелинейной зависимости от рабочего хода поршня по фиг.1, график II. Здесь при половине хода рабочего органа (поршня) обеспечивается до две третьих изменяемого объема (рабочего объема), как предельный случай. В зависимости от параметров механизма возможно изменение рабочего объема от симметричного с соотношением 1:1 до несимметричного с соотношением 2:1 или 1:2 относительно половины хода рабочего органа.

Поставленная задача решается тем, что процесс рабочего хода совершают в несимметричном объеме, который можно довести до соотношения 2:1 относительно половины хода рабочего органа. При равномерном перемещении рабочего органа (поршня) происходит увеличение скорости изменения объема, в первой половине хода рабочего органа и уменьшение скорости изменения рабочего объема во второй половине хода рабочего органа (поршня). По фиг.2, график 1, показан процесс рабочего хода известного способа работы двигателя внутреннего сгорания. По оси абсцисс половинному значению хода рабочего органа соответствует половина измененного рабочего объема и соответствующее значение давления расширяющегося рабочего тела по индикаторной диаграмме ДВС-двигателя внутреннего сгорания. График II обозначает процесс рабочего хода предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания, где сгорание и расширение рабочего тела совершают в несимметричном объеме с соотношением 2:1. При половине хода рабочего органа, предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания, точка b индикаторной диаграммы известного способа работы ДВС переместится в точку b', при одинаковом значении давления. Увеличение скорости изменения объема за первую половину хода рабочего органа, предлагаемого способа работы ДВС, что равнозначно снижению потерь теплоты в систему охлаждения, с одновременным переходом этой максимальной части теплоты в механическую работу, позволяет увеличить КПД (эффективность) ДВС. Далее уменьшение скорости изменения рабочего объема за вторую половину хода рабочего органа (поршня) предлагаемого способа работы ДВС, где температура расширяющихся газов снизилась и приблизилась к температуре стенок, позволяет снизить уровень шума при выпуске отработанных газов. Следовательно отличительный признак предлагаемого способа работы ДВС, где процесс рабочего хода совершают в несимметричном, относительно половины хода поршня, до соотношения несимметрии 2: 1, объеме обеспечивает получении технического результата выраженного в уменьшении тепловых потерь, в систему охлаждения, что сопровождается увеличением КПД (эффективности) двигателя и в снижении уровня шума при выпуске отработанных газов. По фиг.2 при рассмотрении крайнего случая несимметрии объема 2:1, относительно половины хода поршня (рабочего органа), практически происходит смещение точки b (2/3 объема) двух третьих объема известного способа работы ДВС, влево по оси абсцисс на 1/6 часть объема (2/3 - 1/2 = 1/6), в точку b' через которую проходит кривая рабочего хода (процесс сгорания и расширения) индикаторной диаграммы предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания. Соответственно на 1/6 часть объема происходит смещение и точек конца процесса расширения или точек начала процесса выпуска отработанных газов, что вызывает снижение шума при их выпуске.

График III по фиг.2 показывает возможность существования способа работы двигателя внутреннего сгорания, где процесс рабочего хода совершают в несимметричном, относительно половины хода поршня (рабочего органа), рабочем объеме до соотношения несимметрии 1:2. При этом способе за первую половину хода поршня (рабочего органа) происходит уменьшение скорости изменения объема, что вызывает большие тепловые потери в систему охлаждения (стенки), а за вторую половину хода рабочего органа происходит увеличение скорости изменения объема, что так же позволяет снизить уровень шума при выпуске отработанных газов, но без превращения термохимической энергии топлива в механическую.

На графическом материале по фиг.1 изображен график зависимости изменения рабочего объема от хода поршня (рабочего органа): 1- при известном способе работы двигателя внутреннего сгорания, где процесс рабочего хода совершают в симметричном рабочем объеме относительно половины хода поршня, II - при предлагаемом способе работы двигателя внутреннего сгорания, где процесс рабочего хода совершают в несимметричном, относительно половины хода поршня (рабочего-органа), для предельного соотношения несимметрии 2:1, рабочем объеме. По фиг.2 изображены индикаторные диаграммы: I - для известного способа работы двигателя внутреннего сгорания, II - для предлагаемого способа работы двигателя внутреннего сгорания, где процесс рабочего хода совершают в несимметричном рабочем объеме, относительно половины хода поршня (рабочего органа), с крайним, соотношением несимметрии 2:1, III - для другого возможного способа работы двигателя внутреннего сгорания, где процесс рабочего хода совершают в несимметричном объеме, относительно половины хода поршня, с предельным соотношением несимметрии 1:2.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим способом: происходит превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме через повторяющиеся процессы, для чего впускают рабочую смесь, ее сжимают затем совершают рабочий ход (равнозначно сжигают и расширяют) в несимметричном рабочем объеме, относительно половины хода поршня до соотношения несимметрии 2:1, и выпускают отработавшие газы.

Возможность осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания характеризуется использованием механизма (устройства) конфиденциального содержания и другие устройства заявителю не известны из существующих источников информации. Предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания осуществляют следующим образом: происходит превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме, для чего впускают рабочую смесь, ее сжимают затем совершают рабочий ход в несимметричном рабочем объеме, относительно половины хода поршня (рабочего органа) до соотношения несимметрии 2:1, и выпускают отработавшие газы.

Способ работы двигатели внутреннего сгорания, в котором процесс рабочего хода совершают в несимметричном, относительно половины хода поршня (рабочего органа) рабочем объеме, до соотношения несимметрии 2:1, позволяет увеличить КПД (эффективность превращения термохимической энергии топлива в механическую в граниченном изменяемом объеме, что означает повысить КПД (эффективность) двигателя внутреннего сгорания, и снизить уровень шума при выпуске отработанных газов.

Предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания где процесс рабочего хода совершают в несимметричном, относительно половины хода поршня (рабочего органа), рабочем объеме, до соотношения несимметрии 2:1, соответствует критериям изобретения, является новым, имеет изобретательский уровень, и промышленно применим.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1712642, F 02 B 77/04, 1992.

2. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов. -М.: Высшая школа, 1978.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для мобильного и стационарного применения. Способ двигателя внутреннего сгорания включает превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме через повторяющиеся процессы. Для этого впускают рабочую смесь, ее сжимают, затем совершают рабочий ход в несимметричном до соотношения 2:1 рабочем объеме, после чего выпускают отработанные газы. Изобретение обеспечивает повышение КПД и увеличение эффективности, снижение шума при выпуске отработанных газов и повышение экологической совместимости. 2 ил.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий превращение термохимической энергии топлива в механическую в ограниченном изменяемом объеме через повторяющиеся процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск, отличающийся тем, что процесс расширения осуществляют в несимметричном рабочем объеме, относительно половины хода рабочего органа до соотношения 2 : 1.