СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПО МЕХАНИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ ЯРИМОВА И ДВИГАТЕЛЬ ЯРИМОВА Российский патент 2005 года по МПК F02B75/32 F02B33/22 F02B25/12 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, тепловых машинах для мобильного и стационарного применения, а также в энергетических установках для преобразования поступательного поля гравитационных, ветровых, волновых и др. сил на вращательное движение.

Из существующих источников информации в области науки и техники не известны способы работы двигателей по механическим циклам и это понятие не рассматривается в отдельности при расчете, к примеру двигателей внутреннего сгорания и других энергетических установок без учета трения. Данная область знания ранее отсутствовала. и понятие абсолютных (собственных) энергетических параметров механизмов, содержащих кривошип, введено автором в 1990-х годах (1, 2, 3, 4).

Известен способ работы двигателя, к примеру двигателя внутреннего сгорания, включающий основные рабочие процессы сжатие и расширение, которые проводят с помощью механизмов, содержащих кривошип (5). Однако использование рабочих ходов поршня по углам поворота кривошипа для процессов сжатий и расширения равно 140-160 градусам или реально использованный абсолютный энергетический параметр кривошипно-ползунного механизма для этих процессов равен между собой. В сущности механические циклы в существующих ДВС отсутствуют в принципе, и коэффициент полезного действия механического цикла равен

где -КПД механического цикла двигателя;

А_сж - абсолютную энергетический параметр механизма при процессе сжатия;

А_расш - абсолютным энергетический параметр механизма при процессе расширения.

Отсутствие в составе двигателей внутреннего сгорания, тепловых машин, а также в других энергетических установках двигателей по механическому циклу автора приводит к существенным потерям энергетических ресурсов Земли.

Целью настоящего изобретения является значительное увеличение КПД (эффективности) двигателей внутреннего сгорания, тепловых машин и других энергетических установок.

Основой предложенного изобретения являются впервые обнаруженные физические явления и свойства для механизмов, содержащих кривошип, при решении фундаментальной задачи для этих механизмов в общем виде с последующим составлением программ для ЭВМ с созданием полной базы данных с автоматической выдачей абсолютных энергетических параметров для любого соотношения размеров звеньев этих механизмов (6).

Поставленная цель достигается тем, что способ работы двигателя по механическому циклу автора включает основные рабочие процессы сжатие или подготовительный ход и/или расширение, или рабочий ход рабочих органов, которые производят механизмами, содержащими кривошип, а процесс расширения или рабочий ход производят (совершают) механизмами с абсолютным (собственным) энергетическим параметром большим, чем у механизма, с помощью которого осуществляют процесс сжатия или подготовительный ход, и абсолютный энергетический параметр механизмов, для основных процессов выбирают по неравенству: А(ξ ,λ )ϕ >А(ξ ,λ )ψ - для механизмов кривошипно-ползунного типа А(λ _i, ρ _i,...)ϕ >А(λ _i, ρ _i,...)ψ - для механизмов, содержащих кривошип вообще, при этом

где А - абсолютный энергетический параметр механизма, содержащего кривошип;

ξ - относительная величина дезаксиала кривошипно-ползунного механизма;

λ - относительная величина шатуна кривошипно-ползунного механизма;

ϕ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс расширения или рабочий ход;

ψ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс сжатия или подготовительный ход;

λ _i, ρ _i,... - относительные величины звеньев механизма, содержащего кривошип, обеспечивающие несимметричность, различие ходов по углу поворота кривошипа;

- угол первоначального положения кривошипа механизма расширения или рабочего хода и сжатия или подготовительного хода;

- угол крайнего, предельного положения кривошипа механизма расширения или рабочего хода и сжатия или подготовительного хода;

М(ϕ ) - функция единичного момента механизма расширения или рабочего хода;

М(ψ ) - функция единичного момента механизма сжатия или подготовительного хода,

а коэффициент полезного действия механического цикла двигателя определяют по выражению:

где - КПД механического цикла двигателя, или, если включает только процесс расширения или рабочий ход, его производят механизмами, содержащими кривошип с максимальными абсолютными энергетическими параметрами А(ξ , λ )ϕ max; А(λ _i, ρ _i,...)ϕ max, а если включает только процесс сжатия или подготовительный ход, его производят механизмами, содержащими кривошип с минимальными абсолютными энергетическими параметрами А(ξ , λ )ψ min; А(λ _i, ρ _i,...)ψ min. Функция единичного момента, если момент при силе, равной единице, и кривошипе, равном единице. Решение фундаментальной задачи автора имеет вид по работе (6). После составления программы для ЭВМ получена база данных для абсолютных энергетических параметров кривошипно-ползунных механизмов, исходя из которой представлен график по фиг.1. По оси ординат - абсолютные энергетические параметры при радиальном исчислении углов поворота кривошипа, а по оси абсцисс - относительные величины шатуна. Все множество значений относительных величин звеньев ξ и λ для области существования кривошипа, механизма заключено между горизонтальной прямой А=соnst и кривой от ξ =0 до ξ >0 и каждому соотношению размеров звеньев соответствует только этому механизму присущее значение абсолютного энергетического параметра. Одновременно существует множество кривошипно-ползунных механизмов с различными величинами звеньев, абсолютные энергетические параметры которых равны между собой, что обнаруживается, если условно привести горизонтальную прямую, пересекающую область существования проворачиваемого кривошипа этого механизма. На фиг.1 для каждого значения дезаксиала кривошипно-ползунного механизма существует кривая абсолютного энергетического параметра в зависимости от относительной величины шатуна, которая имеет вид гипербол, заключенных между предельным значением ξ >0 и А=const, к которой приближается при λ → ∞ . Горизонтальная прямая А=const соответствует центральному кривошипно-ползунному механизму при ξ =0. По фиг.1 очевидна закономерность: при постоянном значении дезаксиала с увеличением длины шатуна абсолютный энергетический параметр механизма уменьшается и асимптотически приближается к А=const. При постоянной величине шатуна и увеличении дезаксиала, энергетический параметр механизма возрастает до предела существования кривошипа или зоны заклинивания механизма. При обобщении вышеизложенного вытекает, абсолютный энергетический параметр механизмов кривошипно-ползунного типа обратно пропорционален длине шатуна и пропорционален росту величины дезаксиала.

На основании фундаментальных исследований с помощью программы для ЭВМ и созданной базе данных абсолютных энергетических параметров для механизмов кривошипно-ползунного типа, автором сделан вывод о том, что существует способ работы двигателя по механическому циклу, который включает основные рабочие процессы: подготовительный ход и рабочий ход рабочих органов, которые производят механизмами, содержащими кривошип, причем рабочий ход производят механизмами с абсолютным энергетическим параметром большим, чем у механизма, с помощью которого осуществляют подготовительный ход. Этот способ работы двигателя по механическому циклу автора не зависит от рода преобразуемой энергии или как изменяется внешняя силовая характеристика, влияющая на рабочий орган, а зависит только от природной характеристики механизма, содержащего кривошип - абсолютного собственного энергетического параметра с определенными величинами звеньев механизма.

По фиг.1 на графике, если провести прямую, параллельную оси ординат, пересекающую область множества энергетических параметров в зоне существования проворачиваемого кривошипа, за исключением точки ξ =0, то к примеру имеет место существования способа работы двигателя по механическому циклу автора при использовании механизма кривошипно-ползунного типа с большим абсолютным энергетическим параметром для рабочего хода, и при использовании механизма с меньшим энергетическим параметром для вспомогательного хода, находящимся на этой прямой. Для примера, если провести прямую через точку λ =4,5, то она пересечет все значения относительных величин дезаксиала от нуля до 3,5, которые принадлежат соответствующим кривошипно-ползунным механизмам, которым соответственно принадлежат определенные значения абсолютных энергетических параметров. По чертежу для примера энергетический параметр А₁ при λ =4,5 и ξ =3,0; А₂ при λ =4,5 и ξ =1,0; А₃=const при λ =4,5 и ξ =0. Причем А₁>A₂>A₃. Здесь на этом примере имеет место способ работы двигателя, если осуществляют рабочий ход первым механизмом с энергетическим параметром А₁, а вспомогательный ход вторым или третьим механизмом с энергетическими параметрами А₂ и А₃. Однако коэффициент полезного действия первого двигателя будет меньше, чем КПД второго двигателя по механическому циклу автора.

Так, КПД первого двигателя:

а КПД второго двигателя:

и при А2>А3;

При подборе способа работы двигателя по механическому циклу автора не обязательно подбирать механизмы, расположенные по величинам звеньев на одной вертикальной прямой, необходимо обеспечить меньшее значение энергетического параметра для подготовительного хода по сравнению с энергетическим параметром механизма рабочего хода в зоне проворачиваемого кривошипа.

Ранее по работам (1, 2) определены энергетические параметры для четырехзвенных кривошипно-коромысловых механизмов, что дает основание для существования способов работы двигателей по механическому циклу автора для других механизмов, содержащих кривошип (7).

Существует способ работы двигателя по механическому циклу, включающий к примеру только расширение или рабочий ход. Это может быть двигатель, работающий от сжатого воздуха, потока воды, ветра и других источников энергии, которые преобразуют на вращательное движение с помощью механизмов, содержащих кривошип. Когда двигатель включает только процесс расширения или рабочий ход, необходимо его производить механизмом с наибольшим энергетическим параметром А(ξ , λ )_{ϕmax для той или иной конкретной конструкции. В этом случае сравнение и КПД определяется по сравнению с известными механизмами, содержащими кривошип, А(λ i, ρ i,...)ϕ max.}

Существует способ работы двигателя по механическому циклу автора, включающий к примеру только сжатие или подготовительный ход, к которым можно отнести компрессор для сжатия воздуха или газов, где речь идет об отрицательной энергии, которую преобразуют с помощью механизмов, содержащих кривошип. Когда двигатель по механическому циклу автора включает только процесс сжатия или подготовительный ход, необходимо его производить механизмами с наименьшими абсолютными энергетическими параметрами А(ξ , λ )ψ min для той или иной конкретной конструкции. В этом случае также сравнение и КПД определяется от достигнутого в известных механизмах, содержащих кривошип, А(λ _i, ρ _i,..._{)ψ min.}

На фиг.1 изображен график зависимости абсолютных энергетических параметров кривошипно-ползунных механизмов в зависимости от относительной величины шатуна и относительной величины дезаксиала, реально отражающий базу данных на основе программы для ЭВМ (6). По оси ординат показаны абсолютные энергетические параметры в радианном измерении углов поворота кривошипа, по оси абсцисс показаны относительные величины шатуна. Горизонтальная прямая А=const и равная двум соответствует кривошипно-ползунному механизму с осью направляющей ползуна, проходящей через центр вращения кривошипа, или центральному кривошипно-ползунному механизму с относительной величиной дезаксиала, равного нулю ξ =0. Кривая от ξ =0 до ξ >0 показывает границу существования проворачиваемого кривошипа для кривошипно-ползунных механизмов. Для примера показаны кривые в форме гипербол с асимптотой А=const, на которых расположены абсолютные энергетические параметры кривошипно-ползунных механизмов с дезаксиалами ξ =1,0; ξ =3,0; ξ =5,0. Как пример показана вертикальная прямая, пересекающая кривые для ξ =3,0; ξ =1,0; ξ =0 кривошипно-ползунных механизмов, которым соответствуют абсолютные энергетические параметры А₁, А₂, А₃, А₃=А=const.

Возможность осуществления изобретения.

Способ работы двигателя по механическому циклу автора и примеру можно осуществить с помощью известной конструкции механизма (8) при наличии перепускного канала между первым и вторым цилиндрами. Способ работы двигателя по механическому циклу автора с механизмами, содержащими кривошип, можно осуществить с помощью двигателя по работе (7), где передача сил осуществляют четырехзвенным кривошипно-коромысловым механизмом на вращательное движение. Способ работы двигателя по механическому циклу автора, где включают только процессы сжатия (подготовительный ход) или только процессы расширения (рабочий ход), осуществляют с помощью известных двигателей, но с подбором абсолютных энергетических параметров механизмов по фиг.1 из графика автора или используя банк данных на основе базы данных, полученных с помощью программы для ЭВМ (6).

Предлагаемый способ работы двигателя по механическому циклу автора соответствует критериям изобретения, является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применим.

2. Известен двигатель, содержащий, по меньшей мере, два цилиндра с размещенными в них поршнями, кинематически связанными через шатуны с одинаковыми по величине кривошипами, первый цилиндр с дезаксиальным, второй с аксиальным кривошипно-ползунными механизмами (1).

Недостатками известного двигателя является отсутствие его работы одновременно по механическому и термодинамическому циклам автора, низкий термический и механический, без учета трения, КПД, отсутствие возможности совмещения максимальных значений давления газов при расширении рабочего тела с максимальными значениями механической характеристики кривошипно-ползунных механизмов.

Целью настоящего изобретения является существенное увеличение КПД (эффективности) двигателей внутреннего сгорания (тепловых машин) при передаче энергии расширяющихся газов на вращательное движение вала.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном двигателе одновременно осуществляется три способа работы ДВС (тепловых машин) по изобретениям автора, расширяющих основополагающие законы физики – термодинамики и механики. Первый способ по работе (3), второй по работам (9, 10), а также по первому пункту данной заявки "Способ работы двигателя по механическому циклу автора", как устройство для его осуществления: двигатель, содержащий, по меньшей мере, два цилиндра с размещенными в них поршнями, кинематически связанными через шатуны с одинаковыми по величине кривошипами, первый цилиндр с дезаксиальным, второй с аксиальным кривошипно-ползунными механизмами, где поршень первого цилиндра кинематически непосредственно или через дополнительный шатун связан с двумя симметрично расположенными кривошипами на двух отдельных валах вращения, синхронизированных между собой взаимообкатывающимися без скольжения с одинаковыми радиусами окружностями или поршень первого цилиндра связан с дезаксиальным кривошипно-ползунным механизмом с абсолютным энергетическим параметром большим, чем у механизма второго цилиндра, а кривошипно-ползунные механизмы первого и второго цилиндров выполнены с абсолютными энергетическими параметрами в соответствие с выражением:

A(ξ ,λ )ϕ &γτ; A(ξ ,λ )ψ ;

при этом

где А - абсолютный энергетический параметр кривошипно-ползунного механизма;

ξ - относительная величина дезаксиала кривошипно-ползунного механизма;

λ - относительная величина шатуна механизма;

ϕ - угол поворота кривошипа механизма первого цилиндра;

ψ - угол поворота кривошипа механизма второго цилиндра;

ϕ ₁, ψ ₁ - углы первоначального положения кривошипов механизмов первого и второго цилиндров;

ϕ ₂, ψ ₂ - углы крайнего, предельного положения кривошипов механизмов первого и второго цилиндров,

одновременно с несимметричным изменением рабочего объема первого цилиндра и с амплитудой механической характеристики его кривошипно-ползунного механизма, смещенной относительно половины хода поршня по углу поворота кривошипа, в свою очередь первый и второй цилиндры взаимосвязаны перепускным каналом с возможностью перекрытия.

Основой данного двигателя автора являются:

1. Практическая возможность реализации способа работы двигателя (ДВС) по механическому циклу автора, по первому пункту данной заявки, вытекающего из базы данных, образованной программой для ЭВМ (6).

2. Одновременно реализация способа работы ДВС по работе (3) – здесь амплитуда механической характеристики кривошипно-ползунного механизма первого цилиндра двигателя по фиг.2, 3 смещается в сторону амплитуды кривой давления рабочего тела (газов) на поршень, что подтверждается повторно результатами работы (6) из базы данных.

3. Одновременно реализация способа работы ДВС по работе (9) – здесь рабочий объем рабочего тела или рабочий объем первого цилиндра по фиг.2, 3 изменяется несимметрично относительно половины хода поршня, а также одновременно реализация способа работы ДВС по термодинамическому циклу автора по работе (10) – здесь рабочий объем первого цилиндра, в основном, изменяется по степенной зависимости с показателем степени от нуля до единицы, в зависимости от соотношения размеров звеньев кривошипно-ползунного механизма, что является наиболее оптимальным интервалом по КПД. Несимметричное и по степенной зависимости изменение рабочего объема установлено автором по формулам (11) стр.123, 5.31, с составлением отдельной программы для ЭВМ, образующей базу данных единичных рабочих объемов, ограничивающихся площадью поршня, равного единице, и ходом поршня. Для совершения большей работы с помощью первого цилиндра необходимо увеличить значением дезаксиала кривошипно-ползунного механизма (6). При больших значениях дезаксиала, во избежание большого трения пары поршень-цилиндр, конструктивно целесообразно принять схему по (11) стр.303, рис.13.38, для работы поршня первого цилиндра по фиг.2 на два симметричных шатуна непосредственно или через дополнительный шатун, как по работе (8), с дальнейшей передачей усилий на два симметричных кривошипа, расположенных на отдельных валах вращения, синхронизированных между собой взаимообкатывающимися окружностями с равными радиусами и обкатывающимися без скольжения. Обкатывание окружностей без скольжения конструктивно можно обеспечить по различной конструкции, к примеру: двумя шестернями одинакового радиуса и одинаковым шагом зубьев, 4, по фиг.2 или перекрестным зубчатым ремнем 5 с соответствующими шкивами, цепной передачей с одинаковыми звездочками и др. Промежуточный шатун необходим в случае большого хода поршня первого цилиндра и при больших дезаксиалах кривошипно-ползунного механизма, во избежание контакта второго шатуна с цилиндром. По фиг.3 первоначальные положения кривошипов для механизмов первого и второго цилиндров приняты: а) угол ψ равным нулю, б) ϕ равным нулю, по этой причине обозначения углов принято различным или началом отсчета углов поворота кривошипа соответствует верхним мертвым точкам поршней, несмотря на то, что на фиг.3 один и тот же кривошип. По фиг.2, 3 на позициях 1, 2, 3 приведена схема двигателя автора с тремя клапанами, но в принципе возможна схема с двумя или одним клапаном и необязательно перекрытие промежуточного канала между цилиндрами, к примеру: может происходить с помощью клапанов, в принципе перекрытие перепускных ходов может происходить поверхностью рабочих деталей двигателя.

Решающую роль в получении положительного значительного эффекта в двигателе автора, охватывающего способы работы по термодинамическому и механическому циклам автора, является то, что поршень первого цилиндра связан с дезаксиальным кривошипно-ползунным механизмом или с двумя симметричными с (различными) кривошипами на отдельных валах вращения и имеющих взаимосинхронизирующие равные окружности без скольжения, с механизмом, имеющим абсолютный энергетический параметр больший, чем у механизма второго цилиндра, а кривошипно-ползунные механизмы первого и второго цилиндров выполнены с абсолютными энергетическими параметрами по выражению:

А(ξ , λ )ϕ > А(ξ , λ )ψ _.

Это соотношение параметров выбирают по фиг.1 из графика, построенного на основе базы данных, сформированной с помощью программы для ЭВМ (6). Обязательным условием двигателя автора является взаимосвязь через перепускной канал первого и второго цилиндров с возможностью перекрытия шторкой или клапаном, а также может перекрываться поверхностью подвижной детали этого двигателя.

Если учесть, что абсолютный энергетический параметр центрального кривошипно-ползунного механизма (1, 2, 3, 4) имеет значение, равное двум при радианном исчислении углов поворота кривошипа или А(ξ , λ )=const, но в действительности на практике в классических поршневых двигателях используется только часть теоретической возможности, равной А(ξ , λ )=1,7-1,85. По этой причине при выпуске отработанного рабочего тела происходит выброс большой тепловой энергии, не преобразованной в механическую работу. В предложенном двигателе автора происходит полное превращение термохимической энергии топлива в части создающей избыточное давление в рабочем объеме, не считая потерь на механические потери трения и потерь тепла в стенки цилиндра, а также происходит бесшумный выброс отработанных газов. Существенным преимуществом двигателя автора является отсутствие необходимости системы глушения шумов отработанных газов в принципе. Значительным и основным преимуществом двигателя автора является высокий крутящий момент на выходном валу на каждый полный оборот в 360 градусов по сравнению с существующими, лучшими на текущее время, выпускаемыми промышленностью как отечественной, так и зарубежной. Увеличение момента происходит по фиг.1 при введении механического цикла автора, по меньшей мере, в два раза с увеличением этого показателя на коэффициент, повышающий 1,5-2,0 раза и более, по причине (3) смещенной амплитуды механической характеристики кривошипно-ползунного механизма, которая воспринимает большие значения сил давления расширяющихся газов в рабочем цилиндре двигателя, которые, как известно, изменяются по гиперболической кривой. Одновременно существует возможность дальнейшего увеличения крутящего момента на выходном валу двигателя автора – за счет увеличения самой амплитуды момента кривошипно-ползунного механизма по (6) при определенных значениях величин дезаксиала и шатуна механизма, заложенного в базе данных, полученной с помощью программы для ЭВМ. На основании вышеизложенного, если уменьшить скорость вращения вала двигателя автора в два раза, увязав с особенностями конструкции, по сравнению с широко известными конструкциями, то силовая выходная характеристика предложенного двигателя превосходит мировой уровень в два и более раз, при одном и том же количестве израсходованного топлива.

Из вышеизложенного вытекает необходимость уменьшения общего количества задействованных рабочих цилиндров в два-три раза, а также соответственно габаритов и общего веса двигателя автора, по сравнению с широко известными и выпускаемыми промышленностью. К примеру для отечественной техники с восемью рабочими цилиндрами К-700, ГАЗ-53, ЗИЛ-130 достаточно применить двигатель, предложенный автором, с четырьмя и менее количеством рабочих цилиндров, при этом достигается кратный экономический эффект по топливу и бесшумность работы по выхлопу отработанных газов.

На фиг.2 изображен двигатель автора для дезаксиала кривошипно-ползунного механизма, имеющего большие значения, что требуется для устранения бокового давления поршня на стенки цилиндра первого, и где требуется синхронизация симметричных валов ращения с помощью 4 - одинаковых шестерен с взаимным зацеплением или к примеру с помощью одинаковых шкивов накрест соединенных зубчатым ремнем 5 или цепной передачей с одинаковыми звездочками. На фиг.2 также показаны два цилиндра 1 и 11 со стрелками направления перемещения поршней, а также выпускной клапан 1 первого цилиндра, клапан или перегородка 2 в перепускном канале с возможностью перекрытия, впускной клапан 3 второго цилиндра. Стрелками показаны направления вращения симметричных валов двух кривошипов 8, с одним из которых кинематически связан второй поршень с цилиндром, а первый поршень с цилиндром связан с обоими кривошипами. Шатуны 6 и 7.

На фиг.3 а), б), в), г), д), е) изображен двигатель автора с различными положениями поршней 1 и 11 цилиндров, с соответствующими состояниями клапанов 1, 2, 3 для работы двигателя. Также на фиг.3 изображены шатуны, связанные с поршнями 1 и 11 цилиндров и с кривошипом 8, который кинематически связан с первым шатуном 6 и вторым шатуном 7. Стрелками показаны направления перемещения первого и второго поршней двигателя, а также направления вращения кривошипа. На фиг.3 а), б) первоначальные углы поворота ψ и ϕ для кривошипно-ползунных механизмов 11 и 1 цилиндров двигателя и на фиг.3 в) произвольное положение углов ψ и ϕ для произвольного положения кривошипа соответственно. Для объяснения работы двигателя точка соединения кривошипа с шатунами условно является точкой окружности маховика, во избежание загромождения чертежа указанием отдельно изображенным маховиком.

Возможность осуществления изобретения.

По фиг.3 двигатель автора работает следующим образом. К примеру фиг.3 а) поршень 7 второго цилиндра находится в верхней мертвой точке, клапаны 3 и 1 обоих цилиндров закрыты, а через клапан 2 открытый завершился переток заряда или сжатого воздуха из второго цилиндра в первый цилиндр и при начале вращения кривошипа 8 от угла ψ =0 против часовой стрелки, поршень 11 цилиндра начнет двигаться по стрелке вниз, клапан 2 закроется, а поршень первого цилиндра продолжает сжимать заряд или сжатый воздух, перемещаясь по стрелке вверх. В следующий момент по фиг.3 б) при закрытых клапанах 1, 2 при повороте кривошипа 8 против часовой стрелки поршень первого цилиндра достиг верхней мертвой точки при ϕ =0, здесь произошло возгорание заряда или впрыск дизельного топлива с возгоранием его в сжатом воздухе, после чего начинается сгорание и расширение рабочего тела, поршень первого цилиндра начнет перемещаться вниз по стрелке, при этом поршень второго цилиндра продолжает перемещаться вниз при открывающемся клапане 3, где происходит заполнение свежего заряда или воздуха. В следующий момент времени по фиг.3 в) при повороте кривошипа против часовой стрелке при закрытых клапанах 1 и 2 поршень первого цилиндра совершает рабочий ход, перемещаясь вниз по стрелке и передавая энергию расширяющегося рабочего тела на вращающийся с кривошипом 8 маховик, а поршень второго цилиндра одновременно перемещается вниз по стрелке, заполняя второй цилиндр свежим зарядом при открытом клапане 3. Далее по фиг.3 г) поршень второго цилиндра пошел к нижней мертвой точке, при этом завершился процесс заполнения цилиндра свежим рабочим телом зарядом или воздухом, клапан 3 закрылся, также закрыты клапаны 1, 2, и в первом цилиндре продолжается рабочий ход или расширение рабочего тела, при повороте кривошипа по часовой стрелке и передаче энергии маховику. В следующий момент времени по фиг.3 д) поршень первого цилиндра подошел к нижней мертвой точке, клапан 1 открылся после завершения рабочего хода или расширения рабочего тела и начинается выброс отработанных газов, одновременно поршень второго цилиндра продолжает перемещаться вверх по стрелке при закрытом клапане 3, где происходит процесс сжатия или подготовительный ход, а клапан 2 остается закрытым. Далее по фиг.3 е) под действием энергии маховика по направлении вращения стрелки через кривошип 8 и шатуны 6 и 7 поршень первого цилиндра продолжает выброс отработанных газов при открытом клапане 1, а поршень второго цилиндра подходит к верхней мертвой точке при закрытых клапанах 2 и 3. В следующий момент времени за счет энергии маховика, накопленной от предыдущего рабочего хода, поршень второго цилиндра достиг первоначального положения по фиг.3 а) в верхнюю мертвую точку, где завершился переток свежего заряда или воздуха в первый цилиндр, для дальнейшего сжатия, точнее окончательного сжатия с дальнейшим воспламенением после закрытия клапана 2, при этом клапан 1 закрыт. Таким образом циклы повторяются и происходит работа двигателя автора, при этом одновременно происходят способы работы ДВС по механическому и термодинамическому циклам автора с высоким общим КПД.

Предлагаемый двигатель автора, работающий одновременно по механическому и термодинамическому циклам автора, соответствует критериям изобретения, является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применим.

Выводы.

Предлагаемый двигатель автора, содержащий механический и термодинамический циклы автора, являются самым оптимальным в поршневом исполнении как с точки зрения механики, так и термодинамики, в целом для тепловых машин.

Классическая система расчетов двигателей (5) по циклам Карно не содержит новых знаний в области двигателестроения, введенных автором, по этой причине оценить общий точный КДП двигателей автора не представляется возможным из известных источников информации. Однако можно провести примерную оценку:

η _i=η _i+η _Мi+η _ti+η _аi,

где η _i - общий КПД двигателей автора;

η _k - общий КПД классических двигателей по циклу Карно с учтенными потерями на трение (Дизель, Отто и др.);

η _Мi - механический КПД по механическому циклу автора, не учтенный в классических двигателях, определяется по первому пункту данной заявки фиг.1 и из базы данных на основе программы для ЭВМ (6);

η _ti - термический КПД по термодинамическому циклу автора, не учтенный в классических двигателя по циклам КАРНО, определяется по (9, 10);

η _аi - механический КПД, получаемый за счет смещения амплитуд механической характеристики кривошипно-ползунного механизма в сторону максимальных значений в рабочем объеме двигателя, который не учтен в классических ДВС и определяется по (3, 6) того же программного обеспечения для ЭВМ.

По самым скромным подсчетам, давая каждой составляющей дополнительного слагаемого по КПД в общем по 10%-16%, при коэффициенте полезного действия классических двигателей 20%-35%, можно констатировать общий КПД двигателей автора составит 50%, 65-65%, 80%.

В соответствие с предложенными автором доказательствами на основе новых ранее не известных знаний можно сделать однозначный вывод о том, что производить рабочий ход или расширение рабочего тела в двигателях, содержащих центральные кривошипно-ползунные механизмы или механизмы с минимальными абсолютными энергетическими параметрами является ошибочным из-за нерациональности как с точки зрения механики, так и с точки зрения термодинамики физических процессов в тепловых машинах.

На основании вышеизложенных материалов можно сделать однозначный вывод о существовании значительных возможностей по экологической совместимости двигателей внутреннего сгорания (тепловых машин), а также существенного рационального использования существующих органических топливных ресурсов, имеющихся у человечества, за счет кратного повышения КПД.

Источники информации

1. М.О.Яримов "Четырехзвенный шарнирный кривошипно-коромысловый механизм автора", Патент России №2043550, 1991 г.

2. М.О.Яримов "Шарнирный четырехзвенный механизм автора", Патент России №2073803, 1992 г.

3. М.О.Яримов "Способ работы ДВС", Патент России №2154174, 1998 г.

4. М.О.Яримов "Тепловые машины, механика", г.Дюртюли, ООО "Виртуал", 2001 г.

5. К.Л.Ржепецкий, Е.А.Сударева "Судовые двигатели внутреннего сгорания", г.Ленинград, "Судостроение", 1984 г.

6. М.О.Яримов "Решение фундаментальной задачи с определением абсолютных энергетических параметров механизмов кривошипно-ползунного типа", Программа для ЭВМ, получено ФИПСом для регистрации 14, 15 декабря 2002 г.

7. М.О.Яримов "ДВС автора", Патент России №2062893, 1992 г.

8. И.И.Артоболевский "Механизмы в современной технике", том 11, Москва, "Наука", 1979 г., стр.486, механизм №1494.

9. М.О.Яримов "Способ работы ДВС", Патент России №2135793, 1998 г.

10. М.О.Яримов "Способ работы ДВС по циклу автора", Патент России №2160373, 1999 г.

11. И.И.Артоболевский "Теория механизмов и машин", Москва, "Наука", 1975 г.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, тепловых машинах, а также в энергетических установках с преобразованием поступательного движения во вращательное. Техническим результатом является увеличение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что способ работы двигателя включает процессы сжатия и/или расширения с перемещением рабочих органов, которые производят механизмами, содержащими кривошип. При этом процесс расширения производят механизмами с абсолютными энергетическими параметрами большими, чем у механизмов, с помощью которых осуществляют процесс сжатия, и абсолютные энергетические параметры механизмов выбирают по неравенству: А(λ_i,ρ_i,...)ϕ>А(λ_i, ρ_i,...)ψ; где А - абсолютный энергетический параметр механизма, содержащего кривошип; λ_i, ρ_i,... - относительные величины звеньев механизма, содержащего кривошип, обеспечивающие несимметричность перемещения рабочих органов по углу поворота кривошипа; ϕ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс расширения или рабочий ход; ψ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс сжатия или подготовительный ход. Двигатель для осуществления этого способа, содержит, по меньшей мере, два цилиндра с размещенными в них поршнями, кинематически связанными через шатуны с кривошипом. Первый цилиндр с дезаксиальным, а второй - с аксиальным кривошипно-ползунными механизмами. Механизм первого цилиндра выполнен с абсолютным энергетическим параметром большим, чем у механизма второго цилиндра. Цилиндры связаны между собой перепускным каналом с возможностью его перекрытия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ работы двигателя по механическому циклу включает основные рабочие процессы: расширение или рабочий ход и/или сжатие или подготовительный ход рабочих органов, которые производят механизмами, содержащими кривошип, а процесс расширения или рабочий ход производят механизмами с абсолютным (собственным) энергетическим параметром большим, чем у механизма, с помощью которого осуществляют процесс сжатия или подготовительный ход, и абсолютный энергетический параметр механизмов для основных процессов выбирают по неравенству А(ξ,λ)_ϕ>А(ξ,λ)_ψ - для механизмов кривошипно-ползунного типа, А(λ_i,ρ_i,...)_ϕ>А(λ_i,ρ_i,...)_ψ - для механизмов, содержащих кривошип вообще, при этом

где А - абсолютный энергетический параметр механизма, содержащего кривошип;

ξ - относительная величина дезаксиала кривошипно-ползунного механизма;

λ - относительная величина шатуна кривошипно-ползунного механизма;

ϕ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс расширения или рабочий ход;

ψ - угол поворота кривошипа механизма, совершающего процесс сжатия или подготовительный ход;

λ_i, ρ_i,... - относительные величины звеньев механизма, содержащего кривошип, обеспечивающие несимметричность, различие ходов по углу поворота кривошипа;

- угол первоначального положения кривошипа механизма расширения или рабочего хода и сжатия или подготовительного хода;

- угол крайнего, предельного положения кривошипа механизма расширения или рабочего хода и сжатия или подготовительного хода;

М(ϕ) - функция единичного момента механизма расширения или рабочего хода;

М(ψ) - функция единичного момента механизма сжатия или подготовительного хода,

а процесс сжатия или подготовительный ход производят механизмами, содержащими кривошип с минимальными абсолютными энергетическими параметрами А(ξ,λ)_ψmin; А(λ_i,ρ_i,...)_ψmin.

А(ξ, λ)ϕ>А(ξ, λ)ψ_;

при этом

где А - абсолютный энергетический параметр кривошипно-ползунного механизма;

ξ - относительная величина дезаксиала кривошипно-ползунного механизма;

λ - относительная величина шатуна механизма;

ϕ - угол поворота кривошипа механизма первого цилиндра;

ψ - угол поворота кривошипа механизма второго цилиндра;

ϕ₁, ψ₁ - углы первоначального положения кривошипов механизмов первого и второго цилиндров;

ϕ₂, ψ₂ - углы крайнего, предельного положения кривошипов механизмов первого и второго цилиндров,

одновременно с несимметричным изменением рабочего объема первого цилиндра и с амплитудой механической характеристики его кривошипно-ползунного механизма, смещенной относительно половины хода поршня по углу поворота кривошипа, в свою очередь первый и второй цилиндры взаимосвязаны перепускным каналом с возможностью перекрытия.