Автoр: Ермoлаев Иван Якoвлевич.
Изoбретение oтнocитcя к пoршневым машинам и преимущеcтвеннo мoжет быть иcпoльзoванo в пoршневoм двигателе внутреннегo cгoрания. Техничеcким результатoм являетcя пoвышение эффективнocти рабoты двигателя. Сущноcть изобретения заключаетcя в том, что обеcпечивают работу двигателя на экономичной cмеcи на вcех режимах путем одновременного регулирования хода поршня и cоответcтвующей ему подачи топлива при cохранении неизменной cтепени cжатия. При этом cнижаются механические потери при работе двигателя с недогрузкой, устраняется загрязнение вредными выбросами атмосферы.
Изобретение относится к поршневым машинам и преимущественно может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Существует два способа регулирования режимов работы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Первый способ применяется в карбюраторных двигателях и в двигателях с непосредственным впрыском топлива и искровым зажиганием [1, стр.201 224]. Режим работы регулируется изменением количества смеси топлива с воздухом, подаваемой в цилиндры двигателя с помощью дроссельной заслонки и дозирующих систем топливоподачи.
Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков, т.е. снижение выбросов окиси углерода с выхлопными газами, снижение потерь мощности на трение и повышение топливной экономичности двигателя.
Сущность предлагаемого способа регулирования режимов работы двигателя состоит в том, что регулирование режимов работы двигателя производится изменением полного объема цилиндра путем изменения хода поршня так, что степень сжатия остается на всех режимах постоянной (либо оптимальной по результатам последующих исследований). Одновременно с изменением полного объема цилиндра изменяется соответственно объему подача в цилиндры топлива так, что на всех режимах работы от холостого хода до перегрузки двигатель работает на экономичной смеси: двигатели с искровым зажиганием с коэффициентом избытка воздуха =1,1÷1,2 [3, стр.100], а дизельные двигатели с =1,25÷1,4 [1, стр.135] и [2, стр.62 63, рис.17(6)]. Связанное с этим некоторое увеличение размеров цилиндра, габаритов и веса менее существенно, чем выигрыш в экономичности [2, стр.78].
В предлагаемом способе регулирования полный объем цилиндра изменяется в зависимости от потребной мощности, чем меньше потребная мощность, тем меньше полный объем цилиндра. При этом экономичность работы двигателя улучшается не только за счет экономичной горючей смеси, но и за счет уменьшения тепловых потерь через стенки цилиндра из-за их меньших размеров, а также за счет снижения механических потерь двигателя вследствие уменьшения хода поршня и средней скорости поршня при работе на частичных нагрузках и снижения насосных потерь из-за отсутствия необходимости в дроссельной заслонке.
Наибольший механический КПД на всех режимах обеспечивается наименьшими механическими потерями. На основании испытаний четырехтактных двигателей установлено, что среднее давление потерь на трение (РМ) зависит от скорости движения поршня и практически не зависит от нагрузки [3, стр.160 163]:
где а и в - постоянные коэффициенты зависящие от типа двигателя;
СП - средняя скорость движения поршня в м/с.
Средняя скорость поршня
где S - ход поршня в м;
n - частота вращения коленчатого вала, об/мин.
Из формул (1) и (2) следует, что величина S (ход поршня) и n (частота вращения) в одинаковой степени влияют на механические потери в двигателе. Поэтому для достижения максимальной экономичности необходимо, чтобы малой частоте вращения двигателя соответствовал и малый ход поршня. И чем больше нагрузка, тем больше ход поршня и частота вращения.
В случае применения предлагаемого способа регулирования режимов работы поршневого двигателя внутреннего сгорания можно получить следующий технический результат.
1. Устранить загрязнение окисью углерода атмосферу крупных городов, т.к. транспортные двигатели будут работать на всех режимах от холостого хода до перегрузки на экономичной смеси с полным сгоранием топлива.
2. Повысить топливную экономичность двигателя на всех режимах вследствие работы двигателя только на экономичной смеси и с минимальными потерями мощности на трение ввиду снижения средней скорости поршня при работе с недогрузкой и на холостом ходу, а у двигателей с искровым зажиганием и за счет снижения насосных потерь благодаря отсутствию дросселирования воздуха на средних нагрузках и холостом ходу.
3. Уменьшить износ двигателя вследствие полного сгорания топлива, снижения средней скорости поршня при работе с недогрузкой и на холостом ходу, а также вследствие уменьшения бокового давления поршня на стенки цилиндра ввиду малого отклонения шатуна от среднего положения.
4. Возможность выпуска одной марки двигателя для потребителей определенного диапазона мощностей.
5. Возможность автоматизации управления режимами работы мобильных машин при наличии бесступенчатой трансмиссии.
6. Позволит уменьшить потребную мощность стартера для пуска двигателя, так как возможна прокрутка двигателя при малом ходе поршня.
7. Позволит начать новое направление технического совершенствования поршневых двигателей.
Формула изобретения
Способ регулирования режимов работы поршневого двигателя внутреннего сгорания путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива, отличающийся тем, что режим работы двигателя регулируют одновременным изменением хода поршня и подачи топлива, при сохранении на всех режимах экономического состава смеси и степени сжатия.
