RU2154174C2 - Method of operation of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering; internal combustion engines for mobile and stationary application. SUBSTANCE: according to proposed method, alternation of working cycles in limited volume is provided, and periodical transmission of energy of expanding gases for rotation of output shaft with mechanical characteristic of mechanism is ensured. Maximum values of gas pressure forces are transmitted to provide maximum values of torques of mechanism mechanical characteristic until torque amplitude coincides with gas pressure amplitude. EFFECT: increased efficiency and improved effectiveness. 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для мобильного и стационарного применения. The invention relates to power engineering and can be used in internal combustion engines for mobile and stationary applications.

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]. A known method of operation of an internal combustion engine, including the alternation of duty cycles in a limited volume, periodic transmission of energy of expanding gases (thermodynamic processes) to rotate the output shaft with a mechanical characteristic of the mechanism [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. The disadvantages of the known methods of operation of the internal combustion engine are: low efficiency due to the non-shift of the amplitude of the mechanical characteristic towards the maximum pressure in the working chamber to match the amplitude of the pressure and the energy transfer of the expanding gases in a symmetrical mechanical characteristic relative to half the stroke of the piston.

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. The aim of the present invention is to increase the efficiency (efficiency) of internal combustion engines during the transfer of energy of expanding gases (thermodynamic processes) to the rotation of the output shaft according to the mechanical characteristic of the mechanism.

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. This goal is achieved by the fact that the energy of expanding gases (thermodynamic processes) in a limited amount is transferred to the rotation of the output shaft according to its own mechanical characteristics of the mechanism, while the amplitude of the output shaft moment is shifted towards the maximum pressure in the working chamber until it coincides with the pressure amplitude , by asymmetric mechanical characteristic.

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.The existing method of operation of an internal combustion engine according to [1], p. 230, provides for the action of the force T, which creates the torque of the output shaft:
T = P _g sin (φ + β) / cosβ;

where r is the length of the crank;
M _k - torque;
P _g - pressure forces of expanding gases;
φ is the angle of rotation of the output shaft;
β is the angle of inclination of the connecting rod to the axis passing through the center of rotation of the output shaft and the center of motion of the piston in the central crank mechanism.

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.When designating by l and r the length of the connecting rod and the length of the crank, the total moment on the output shaft after changing the angle
β on φ:

The work of forces P _g for a known method of ICE operation is determined

when P _g = 1, r = 1;

The energy of expanding gases is transmitted to the rotation of the output shaft according to a sinusoidal characteristic for a crank-slide mechanism and does not depend on the length of the connecting rod under the condition P _g = 1, r = 1. This calculation is defined by the author as his own mechanical (energy) characteristic of the mechanism. For the crank-slide mechanism, the energy parameter is two, or a constant. Proven by the author, published for the first time. In the drawing, the number 1 indicates the characteristic of the crank mechanism.

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. The applicant (author) has developed a mechanism (device) that allows you to shift the amplitude of the output shaft moment or the amplitude of the mechanical properties of the mechanism depending on the parameters of the device. In the drawing, the number 2 denotes the amplitude of the output shaft moment, which is shifted to the maximum pressure values in the working chamber until it matches the pressure amplitude or pressure forces.

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. The problem is solved in that in the proposed method of ICE operation, alternating work cycles in a limited volume occur, the energy of expanding gases (thermodynamic processes) is transferred to the output shaft rotation according to the asymmetric mechanical characteristic, while the amplitude of the output shaft moment (the amplitude of the mechanical characteristic of the mechanism) is shifted to the maximum pressure values in the working chamber to coincide with the pressure amplitude.

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. In the drawing, the number 3 indicates the transfer of the indicator diagram from P-V to P-φ coordinates according to [1], p. 232. The point b of the amplitude of the intrinsic mechanical characteristic of the known ICE operation method is shifted to the point b 'of the intrinsic mechanical characteristic of the proposed method of ICE operation, and it is shifted to the maximum pressure values in the working chamber until the pressure forces of expanding gases coincide with the amplitude C of the indicator diagram in P-φ coordinates. Since the intrinsic mechanical characteristic of the mechanism in the coordinates P-φ (gas pressure force - angle of rotation of the output shaft), provided that the force is equal to one and the shoulder (radius of the crank) is equal to one, indicates the ability of the mechanism to perform work, therefore, the hallmark of the proposed method of engine operation internal combustion, where the amplitude of the output shaft moment or the amplitude of the mechanical characteristic of the mechanism is shifted to the maximum values of the pressure in the working chamber until they coincide (together ) with the pressure amplitude, provides a positive result, the goal, expressed in combining the maximum energy (mechanical) capabilities of the mechanism with the maximum pressure parameters of existing thermodynamic processes or the energy of expanding gases, which is accompanied by an increase in the efficiency (efficiency) of the internal combustion engine. The drawing shows the maximum shift of the amplitude of the intrinsic mechanical characteristic of the mechanism (output shaft moment) from point b to point b 'to the left along the abscissa axis, but in practice you can choose any intermediate position depending on the parameters or on the design of the device, then the corresponding positive result will be obtained .

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). The drawing shows dependency graphs: 1 - own mechanical characteristic of the mechanism or output shaft of the existing ICE operation method, 2 - own mechanical characteristic of the mechanism or output shaft of the proposed ICE operation method, where the amplitude of the output shaft is shifted to the maximum pressure values in the working chamber - extremely extreme position , 3 is an indicator diagram of the actual ICE cycles transferred to the P-φ coordinates (pressures are the angles of rotation of the output shaft).

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. The proposed internal combustion engine works in the following way: alternating duty cycles occurs in a limited volume, the energy of expanding gases (thermodynamic processes) is periodically transferred to the output shaft to rotate according to the asymmetric mechanical characteristic of the mechanism, while the amplitude of the output shaft moment or the amplitude of the mechanical characteristic of the mechanism is shifted to the maximum pressure values in the working chamber until they coincide (coincide) with the pressure amplitude.

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. The possibility of implementing the proposed method of operation of an internal combustion engine is characterized by the use of devices known from patents of the Russian Federation NN 2043550, 2062893, 2073803. The proposed method of operating an internal combustion engine is as follows: from alternating duty cycles in a limited volume, the energy of expanding gases (thermodynamic processes) is periodically transferred to rotation output shaft according to the asymmetric mechanical characteristic of the mechanism, while the amplitude of the mechanical characteristic nism is displaced to the maximum values of the pressure in the working chamber before combination with the amplitude expanding gas pressure.

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. The method of operation of the internal combustion engine, in which the energy of expanding gases (thermodynamic processes) is transferred to the rotation of the output shaft with an asymmetric mechanical characteristic, while the amplitude of the mechanical characteristic of the mechanism is shifted to the maximum pressure values in the working chamber before being combined with the gas pressure amplitude, allows to increase the efficiency (efficiency) ICE.

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. The proposed method of operation of an internal combustion engine, where the amplitude of the mechanical characteristic of the mechanism is shifted to the maximum pressure in the working chamber to combine with the pressure amplitude of the expanding gases, meets the criteria of the invention, is new, has an inventive step, is industrially applicable.

Источники информации:
1. Хачиян А. С., Морозов К.А., Трусов В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1978.Sources of information:
1. Khachiyan A.S., Morozov K.A., Trusov V.I. and others. Internal combustion engines. Textbook for high schools. - M.: Higher School, 1978.

Claims (1)

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. The method of operation of an internal combustion engine, including alternating duty cycles in a limited volume, periodically transferring the energy of expanding gases (thermodynamic processes) to rotate the output shaft according to the mechanical characteristic of the mechanism, characterized in that the energy of the expanding gases is transmitted according to the asymmetric mechanical characteristic of the mechanism, with the maximum values gas pressure forces are transmitted to the maximum values of the moments of the mechanical characteristics of the mechanism, up to the combination of amplitudes rows moments with gas pressure amplitude.