Ибадуллаев гаджикадир – Про двигатель Ибадуллаева | BMW Club
свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания — патент РФ 2295812
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в искровых свечах двигателей внутреннего сгорания, работающих с повышенной степенью сжатия. Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус с боковым электродом и поясом для завальцовки, изолятор, размещенный в корпусе, и центральный электрод с наконечником для провода, размещенный в изоляторе. Изолятор состоит из наружной части, расположенной вне корпуса, и внутренней части, расположенной в корпусе. Наружная часть изолятора включает в себя сопряженные между собой ребристый и наружный цилиндрический участки. Внутренняя часть изолятора имеет посадочную поверхность и включает в себя средний цилиндрический участок с буртиком и концевой цилиндрический участок, в основании которого выполнена кольцевая проточка коаксиально центральному электроду. Буртик выполнен напротив пояса для завальцовки. Сечение буртика плоскостью, проходящей через продольную ось симметрии изолятора, представляет собой трапецию, большее основание которой меньше высоты пояса для завальцовки. Диаметр изолятора от посадочной поверхности до буртика равен диаметру изолятора от буртика до места сопряжения с ребристым участком. Торцевая часть корпуса, выходящая в цилиндр, может имеет кольцевую часть, взаимодействующую с посадочной поверхностью изолятора, выполненной в основании концевого цилиндрического участка до кольцевой проточки, при этом диаметр изолятора от основания до буртика и после буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком выполнен постоянным. На внутренней поверхности корпуса может быть выполнен выступ, на поверхности изолятора между основанием и буртиком может быть выполнен уступ, взаимодействующий с выступом корпуса через посадочную поверхность, при этом диаметр изолятора от основания и до посадочной поверхности меньше диаметра изолятора после посадочной поверхности до буртика и меньше диаметра изолятора после буртика и до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком. Диаметр D изолятора от посадочной поверхности до буртика и диаметр D изолятора от буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком могут находиться в диапазоне от 14 мм и до 22 мм, длина К наружной части изолятора может находиться в диапазоне от 40 мм и 150 мм, а длина L наружного участка цилиндрической формы может находиться в диапазоне от 25 мм до 55 мм. Технический результат заключается в исключении возможности пробоя изолятора, а также в повышении эффективности и надежности работы свечи зажигания. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2295812
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в искровых свечах двигателей внутреннего сгорания, работающих с повышенной степенью сжатия.
При использовании существующих в настоящее время свечей зажигания в двигателях внутреннего сгорания, работающих с повышенной степенью сжатия, наблюдались пробои изолятора между посадочной поверхностью корпуса свечи и центральным электродом, а также пробои изолятора между поясом для завальцовки корпуса и центральным электродом.
Для исключения пробоя корпуса изолятора предпринимались меры по усилению изолятора, однако эти меры ограничены размерами отверстий для свечи зажигания, выполняемых в современных двигателях, и габаритными показателями, связанными с местом размещения свечи в двигателе.
Частично этих недостатков лишена свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с боковым электродом и поясом для завальцовки, изолятор, размещенный в корпусе, и центральный электрод с наконечником для провода, размещенный в изоляторе, причем изолятор состоит из наружной части, расположенной вне корпуса и внутренней части, расположенной в корпусе, наружная часть изолятора включает в себя сопряженные между собой ребристый и наружный цилиндрический участки, внутренняя часть изолятора имеет посадочную поверхность и включает в себя средний цилиндрический участок с буртиком и концевой цилиндрический участок, в основании которого выполнена кольцевая проточка коаксиально центральному электроду (см. патент США №3445710, МПК Н 01 Т 13/02, опубликованный 20.05.1969).
Однако и конструкция известной свечи зажигания не решает задачу по исключению пробоя изолятора между корпусом свечи и центральным электродом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является исключение возможности пробоя изолятора, повышение эффективности и надежности работы свечи зажигания.
Указанный технический результат достигается тем, что свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с боковым электродом и поясом для завальцовки, изолятор, размещенный в корпусе, и центральный электрод с наконечником для провода, размещенный в изоляторе, причем изолятор из состоит наружной части, расположенной вне корпуса, и внутренней части, расположенной в корпусе, наружная часть изолятора включает в себя сопряженные между собой ребристый и наружный цилиндрический участки, внутренняя часть изолятора имеет посадочную поверхность и включает в себя средний цилиндрический участок с буртиком и концевой цилиндрический участок, в основании которого выполнена кольцевая проточка коаксиально центральному электроду, согласно изобретению буртик выполнен напротив пояса для завальцовки, сечение буртика плоскостью, проходящей через продольную ось симметрии изолятора, представляет собой трапецию, большее основание которой меньше высоты пояска для завальцовки, а диаметр изолятора от посадочной поверхности до буртика равен диаметру изолятора от буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком.
Торцевая часть корпуса, выходящая в цилиндр, может имеет кольцевую часть, взаимодействующую с посадочной поверхностью изолятора, выполненной в части основания концевого цилиндрического участка до кольцевой проточки, а диаметр изолятора от основания до буртика и после буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком может быть выполнен постоянным.
На внутренней поверхности корпуса может быть выполнен выступ, на поверхности изолятора между основанием и буртиком может быть выполнен уступ, взаимодействующий с выступом корпуса через посадочную поверхность, а диаметр изолятора от основания и до посадочной поверхности может быть меньше диаметра изолятора после посадочной поверхности до буртика и меньше диаметра изолятора после буртика и до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком.
Место сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком может представлять собой участок изолятора с конической поверхностью.
Для свечи зажигания автомобильных двигателей диаметр D изолятора от посадочной поверхности до буртика и диаметр изолятора D от буртика до места сопряжения находятся в диапазоне от 14 мм и до 22 мм, длина К наружной части изолятора находится в диапазоне от 40 мм и 150 мм, а длина L наружного участка цилиндрической формы находится в диапазоне от 25 мм до 55 мм.
Нижняя граница диапазонов получена в результате испытаний свечи данной конструкции при работе двигателя с повышенной степенью сжатия, при которой отсутствует пробой. Верхняя граница диапазонов получена в результате габаритных ограничений, накладываемых на размеры свечи зажигания в автомобильных двигателях.
На фиг.1 показан разрез свечи зажигания с посадочной поверхностью, выполненной в части основания концевого цилиндрического участка изолятора;
фиг.2 — показан разрез свечи зажигания с посадочной поверхностью, выполненной на уступе изолятора.
Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с боковым электродом 2 и поясом 3 для завальцовки, изолятор, размещенный в корпусе 1, и центральный электрод 4 с наконечником 5 для провода, размещенный в изоляторе. Изолятор состоит из наружной части, расположенной вне корпуса 1, и внутренней части, расположенной в корпусе 1. Наружная часть изолятора включает в себя сопряженные между собой ребристый и наружный цилиндрический участки 6 и 7 соответственно. Внутренняя часть изолятора имеет посадочную поверхность 8 и включает в себя средний цилиндрический участок с буртиком 9 и концевой цилиндрический участок 10, в основании 11 которого выполнена кольцевая проточка 12 коаксиально центральному электроду 4.
Буртик 9 выполнен напротив пояса 3 для завальцовки. Сечение буртика 9 плоскостью, проходящей через продольную ось симметрии изолятора, представляет собой трапецию, большее основание А которой меньше высоты Н пояса 3 для завальцовки.
Диаметр D изолятора от посадочной поверхности 8 до буртика 9 равен диаметру D изолятора от буртика 9 до места сопряжения наружного цилиндрического участка 7 с ребристым участком 6.
Торцевая часть корпуса 1, выходящая в цилиндр, может иметь кольцевую часть 13, взаимодействующую с посадочной поверхностью 8 изолятора, выполненной в основании 11 концевого цилиндрического участка 10 (см. фиг.1) до кольцевой проточки 12, а диаметр D изолятора от основания 11 до буртика 9 и после буртика 9 до места сопряжения наружного цилиндрического участка 7 с ребристым участком 6, выполнен постоянным.
На внутренней поверхности корпуса 1 (см. фиг.2) может быть выполнен выступ 14, на поверхности изолятора между основанием 11 и буртиком 9 выполнен уступ, взаимодействующий с выступом 14 корпуса через посадочную поверхность 8, а диаметр изолятора D1 от основания 11 и до посадочной поверхности 8 меньше диаметра D изолятора после посадочной поверхности 8 до буртика 9 и меньше диаметра D изолятора после буртика 9 и до места сопряжения наружного цилиндрического участка 7 с ребристым участком 6.
Наружный цилиндрический участок 7 и ребристый участок 6 могут быть сопряжены между собой через участок 15 с конической поверхностью.
Для автомобильных двигателей диаметр D изолятора от посадочной поверхности 8 до буртика 9 и диаметр D изолятора от буртика 9 до места сопряжения наружного цилиндрического участка 7 с ребристым участком 6 предпочтительно должен находиться в диапазоне от 14 мм и до 22 мм, длина К наружной части изолятора предпочтительно должна находиться в диапазоне от 40 мм и до 150 мм, а длина L наружного участка цилиндрической формы предпочтительно должна находиться в диапазоне от 25 мм и до 55 мм.
Свеча зажигания работает обычным образом, при этом вышеуказанное конструктивное выполнение изолятора обеспечивает недопущение пробоя изолятора между корпусом 1 и центральным электродом 4, а также обеспечивает повышение эффективности и надежности работы свечи зажигания при повышенной степени сжатия.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с боковым электродом и поясом для завальцовки, изолятор, размещенный в корпусе, и центральный электрод с наконечником для провода, размещенный в изоляторе, причем изолятор состоит из наружной части, расположенной вне корпуса, и внутренней части, расположенной в корпусе, наружная часть изолятора включает в себя сопряженные между собой ребристый и наружный цилиндрический участки, внутренняя часть изолятора имеет посадочную поверхность и включает в себя средний цилиндрический участок с буртиком и концевой цилиндрический участок, в основании которого выполнена кольцевая проточка коаксиально центральному электроду, отличающаяся тем, что буртик выполнен напротив пояса для завальцовки, сечение буртика плоскостью, проходящей через продольную ось симметрии изолятора, представляет собой трапецию, большее основание которой меньше высоты пояса для завальцовки, а диаметр изолятора от посадочной поверхности до буртика равен диаметру изолятора от буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком.
2. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что торцевая часть корпуса, выходящая в цилиндр, имеет кольцевую часть, взаимодействующую с посадочной поверхностью изолятора, выполненной в основании концевого цилиндрического участка до кольцевой проточки, а диаметр изолятора от основания до буртика и после буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком выполнен постоянным.
3. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности корпуса выполнен выступ, на поверхности изолятора между основанием и буртиком выполнен уступ, взаимодействующий с выступом корпуса через посадочную поверхность, а диаметр изолятора от основания и до посадочной поверхности меньше диаметра изолятора после посадочной поверхности до буртика и меньше диаметра изолятора после буртика и до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком.
4. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что место сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком представляет собой участок изолятора с конической поверхностью.
5. Свеча по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что диаметр D изолятора от посадочной поверхности до буртика и диаметр изолятора D от буртика до места сопряжения наружного цилиндрического участка с ребристым участком находятся в диапазоне от 14 мм и до 22 мм, длина К наружной части изолятора находится в диапазоне от 40 мм и до 150 мм, а длина L наружного участка цилиндрической формы находится в диапазоне от 25 мм и до 55 мм.
www.freepatent.ru
устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания — патент РФ 2023189
Сущность изобретения: устройство содержит впускные клапаны 1, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3 и исполнительные механизмы 4, связанные с блоком 5 управления, датчики 6 углового положения кулачков, датчики 7 положения поршня, датчики 10 положения органа 9 управления мощностью двигателя. Датчики 8 величины нагрузки связаны с блоком 5. На режимах номинальной мощности клапаны 1 открываются от кулачков 2, а на режимах частичных нагрузок в зависимости от величины нагрузки клапаны 1 на такте сжатия осуществляют перепуск части свежего заряда во впускной коллектор двигателя, осуществляя тем самым регулирование оптимального количества свежего заряда, необходимого для данной нагрузки. Блок управления содержит преобразователь сигнала датчика нагрузки, схему включения исполнительного механизма с коммутационными устройствами, D-триггер. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для регулирования выходной мощности двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Известно устройство для управления выходной мощностью двигателей внутреннего сгорания, содержащее блок управления с датчиками параметров работы ДВС, исполнительные механизмы газораспределительных клапанов, связанные с блоком управления [1]. Недостатком известного устройства является малая эффективность и надежность в работе, поскольку на всех режимах работы двигателя используется сложный механизм управления газораспределительных клапанов, использующий гидравлические или пневматические исполнительные механизмы, а также в процессе работы не определяется оптимальное количество свежего заряда впускаемого в цилиндры двигателя. Известно устройство, позволяющее регулировать мощность двигателя, наиболее близкое к предлагаемому и принятое за прототип [2], содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя. Прототип позволяет использовать как распределительный вал для привода клапанов механизма, так и исполнительные механизмы для регулирования мощности, в частности путем изменения наполнения цилиндров. Однако прототип не позволяет решить задачу оптимального наполнения цилиндров в зависимости от изменения нагрузки. Целью изобретения является повышение эффективности регулирования в зависимости от изменения нагрузки одновременно при сохранении надежности работы, вследствие использования распределительного вала при номинальной нагрузке. Это достигается за счет того, что в устройстве, содержащем впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов выполнено равным числу цилиндров двигателя, управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления. Последней содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления — с выходом коммутационного устройства, а выход — с исполнительным механизмом. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство в виде мультиплексора. Исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом, с электромагнитным приводом, механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами, коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. Коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних. На фиг. 1 показана схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде двуплечего рычага; на фиг.2 — блок управления; на фиг. 3 — схема устройства с примером конкретного выполнения привода впускных клапанов с коромыслом в виде одноплечего рычага. Устройство содержит впускные клапаны 1 механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками 2, механизмы приводов впускных клапанов с коромыслами 3, исполнительные механизмы 4, которые могут быть выполнены с гидравлическими (как в прототипе) или пневматическими или гидравлическими приводами, число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя или кратно числу цилиндров, работающих одновременно. Управляющее устройство выполнено в виде блока управления 5, датчиков 6 углового положения кулачков, датчиков 7 положения поршней и датчиков 8 нагрузки, органа 9 управления мощностью двигателя, датчиков 10 положения органа 9. Блок управления 5 содержит преобразователь 11 сигнала датчика 10 с информационными выходами и схему 12 включения исполнительного механизма, содержащую коммутационное устройство 13 с информационными входами 14, соединенными с датчиками 7, D-триггер 15, информационный вход которого подключен к датчику 8, вход синхронизации — к датчику 6, вход обнуления — к выходу коммутационного устройства 13, а выход — с исполнительным механизмом 4. Количество схем 12 в блоке управления равно числу цилиндров в двигателе, а количество информационных входов в каждом из коммутационных устройств соответствует числу пар датчиков 7. Датчик положения органом управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления 9 мощностью двигателя, преобразователь 11 сигнала — в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22, а коммутационное устройство 13 — в виде мультиплексора. В состав блока управления 5 включения исполнительного механизма входят формирователи сигналов 16-19 и усилитель мощности 20. Преобразователь 11 сигнала датчика нагрузки выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя 21 частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя 22. Датчик нагрузки выполнен в виде тахогенератора. Устройство работает следующим образом. При номинальной мощности двигателя впускные 1 и выпускные (не показаны) клапаны механизма газораспределения работают обычным образом от кулачков 2 распределительного вала. При этом в режиме полной нагрузки на информационный вход D-триггера 15 поступает нулевой сигнал и триггер 15 не изменяет своего состояния при подаче импульса на вход синхронизации, а исполнительный механизм отключен. При переходе на режим частичных нагрузок срабатывает датчик 8, подавая в «единичный» сигнал на информационный вход триггера 15, который во время такта впуска по сигналу датчика 6 переключается и включает исполнительный механизм 4. В зависимости от настройки датчиков 6 исполнительный механизм 4 может или принудительно открыть впускной клапан 1 раньше чем его должен открыть кулачок 2, или же впускной клапан 1 может быть открыт кулачком 2, а исполнительный механизм поддерживать впускной клапан 1 постоянно открытым. После завершения такта впуска, во время которого впускной клапан остается постоянно открытым, поршень двигателя начинает движение от нижней мертвой точки НМТ к ВМТ, выталкивает лишний заряд из цилиндра, обеспечивая тем самым регулирование оптимального количества свежего заряда для данной нагрузки. Аналоговый сигнал с датчика 10 положения органа 9 (например, педаль акселератора) преобразуется с помощью преобразо- вателя 11 сигнала в цифровой код, в зависимости от которого вход «обнуления» триггера 15 соединяется с тем или иным датчиком 7 положения поршня. При достижении поршнем выбранного датчика 7 последний срабатывает и обнуляет триггер 15, который отключает исполнительный механизм 4 и клапан 1 закрывается во время такта сжатия, а поршень продолжает сжимать оставшийся свежий заряд в цилиндре двигателя. Таким образом, устройство позволяет не только регулировать оптимальное количество свежего заряда, но и за счет устранения сопротивления при выпуске и разрежении в цилиндре на такте впуска повысить КПД двигателя.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее впускные клапаны механизма газораспределения, распределительный вал с кулачками, механизмы приводов впускных клапанов от кулачков, выполненные с возможностью разъединения кинематической связи клапанов с кулачками, исполнительные механизмы с управляющим устройством, выполненные с возможностью принудительного открытия клапанов, причем число исполнительных механизмов равно числу цилиндров двигателя, отличающееся тем, что управляющее устройство выполнено в виде блока управления, датчиков углового положения кулачков, датчиков положения поршня, датчика нагрузки и датчика положения органа управления мощностью двигателя, связанных с блоком управления, последний содержит преобразователь сигнала датчика положения органа управления мощностью двигателя с информационными выходами и схему включения исполнительного механизма, выполненную в виде коммутационного устройства с информационными входами, соединенными с датчиками положения поршня и управляющими входами, подключенными к выходам преобразователя сигнала, D-триггер, информационный вход которого соединен с датчиком нагрузки, вход обнуления — с выходом коммутационного устройства, выход — с исполнительным механизмом, а вход синхронизации — с датчиком углового положения кулачка. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик положения органов управления мощностью двигателя выполнен в виде потенциометра, движок которого кинематически связан с органом управления мощностью двигателя, преобразователь сигнала — в виде последовательно соединенных преобразователя частота-напряжение и аналого-цифрового преобразователя, а коммутационное устройство — в виде мультиплексора. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с пневматическим приводом. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что исполнительные механизмы выполнены с электромагнитным приводом. 5. Устройство по пп. 1 — 4, отличающееся тем, что механизмы привода клапанов выполнены с коромыслами. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде одноплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены с возможностью взаимодействия с плечом рычага. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов, а исполнительные механизмы и кулачки расположены по разные стороны от рычагов с возможностью взаимодействия с различными плечами последних.www.freepatent.ru
двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами — патент РФ 2111369
Использование: двигатели внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами. Сущность изобретения: рабочие камеры переменного объема образованы разделительными элементами 4 неподвижных дисков 9 и перегородками цилиндра 2, жестко соединенного с поворотной осью 8. При качательном движении цилиндра 2 с поворотной осью 8 первая шестерня 15 через зубчатую рейку 19 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение штоку 18 и рамке 20 в вертикальных направляющих 16. Два кулачка 25, кинетически связанные с поворотной осью 8, обеспечивают возвратно-поступательное перемещение в горизонтальных направляющих 17, подшипниковым опорам 23 промежуточного вала 22. Вторая шестерня 24, закрепленная на промежуточном вале 22, периодически входит в зацепление с дополнительными зубчатыми рейками 21, размещенными на внутренней поверхности рамки 20. Промежуточный вал 22 и вторая шестерня 24 вращаются в одном направлении и через устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, например гибкий вал 26 или карданный механизм, передают вращение выходному валу 3. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может найти применение при проектировании двигателей внутреннего сгорания с качательным движением цилиндров. Известен двигатель внутреннего сгорания с качательным движением цилиндра, закрепленного на оси в корпусе и с возвратно-поступательными движениями разделительного элемента (поршня), закрепленного на коленчатом валу [1]. Недостатком известного двигателя являются повышенные нагрузки, действующие на стенки цилиндров вследствие возникающих боковых нагрузок и неуравновешенных сил инерции от коленчатого вала. Наиболее близким к изобретению является двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия [2]. Недостатком прототипа также являются значительные боковые нагрузки на стенки цилиндра из-за неуравновешенности сил инерции коленчатого вала, причем цилиндр кроме качательного движения совершает еще и возвратно-поступательное относительно разделительной перегородки, качающейся совместно с цилиндром. Цель изобретения — повышение долговечности рабочего цилиндра двигателя. Цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно основаниям цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндров, разделительные элементы жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, выполненных в корпусе, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном вале, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор. Кроме того, устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения может быть выполнено либо в виде гибкого вала, либо в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов. На фиг. 1 показан разрез двигателя по оси качания; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами содержит неподвижный корпус 1, по меньшей мере один цилиндр 2 с рабочими полостями, размещенный в корпусе 1 с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал 3, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом 3, разделительные элементы 4 с уплотнениями 5, установленные в рабочих полостях, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия. Двигатель снабжен поворотной осью 8, размещенной в корпусе 1 на подшипниках, жестко связанной с основанием цилиндров 2 и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками 9 с осевыми отверстиями 10, установленными соосно основаниям цилиндра 2, уплотнительными элементами 11, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра 2. Разделительные элементы 4 жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основании цилиндра 2 в виде концентричных углублений 12, разделенными перегородками 13, разделительные элементы 4 установлены в углублениях 12 между перегородками 13 с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков 9, камер 14 переменного объема, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия выполнены в дисках. Механизм преобразования качательного движения цилиндра 2 выполнен в виде первой шестерни 15, закрепленной на поворотной оси 8, вертикальных 16 и горизонтальных 17 направляющих, выполненных в корпусе 1, штока 18 с зубчатой рейкой 19, входящей в зацепление с первой шестерней 15, рамки 20, жестко соединенной со штоком 18, двух дополнительных зубчатых реек 21, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки 20, промежуточного вала 22, установленного на подшипниковых опорах 23 в горизонтальных направляющих 17, второй шестерни 24, закрепленной на промежуточном вале 2, двух кулачков 25, кинематически связанных с поворотной осью 8 с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами 23, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным 22 и выходным 3 валами. Промежуточный вал 22 размещен внутри рамки 20 с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах 23 по горизонтальным направляющим 17 и с возможностью периодического зацепления второй шестерни 24 с дополнительными зубчатыми рейками 21, шток 18 с рамкой 20 установлен в вертикальных направляющих 16 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось 8 размещена в осевых отверстиях 10 дисков 9, а кулачки 25 расположены по разные стороны от подшипниковых опор 23. Устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала 26 (фиг. 1) или в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным 22 и выходным 3 валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов. Кинематическая связь кулачков 25 с поворотной осью 8 может быть выполнена в виде цепной или зубчатой передач. Двигатель внутреннего сгорания работает как по 2-тактному, так и по 4-тактному циклам и может быть выполнен с возможностью впрыска топлива и его последующего самовоспламенения или с подачей топливовоздушной смеси и ее принудительного воспламенения. При подаче свежего заряда в одно из газораспределительных отверстий 6 в одни рабочие камеры 14 переменного объема и последующим воспламенении продукты сгорания воздействуют на перегородки 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 на определенный угол, при этом первая шестерня 15, воздействуя на рейку 19, перемещает шток 18 совместно с рамкой 20, например, вверх, один из кулачков 25, воздействуя на подшипниковые опоры 23, обеспечивает зацепление второй шестерни 24 с одной из дополнительных зубчатых реек 21, которая обеспечивает вращение промежуточного вала 22 в подшипниковых опорах 23 в одном направлении, крутящий момент от промежуточного вала 22 через гибкий вал 26 или карданный механизм передается выходному валу 3. При подаче свежего заряда во вторые рабочие камеры 14 переменного объема продукты сгорания воздействуют на противоположные поверхности перегородок 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 в противоположную сторону, при этом второй кулачок 25 перемещает промежуточный вал 23 в горизонтальных направляющих 17, обеспечивая зацепление второй шестерни 24 с второй дополнительной зубчатой рейкой 21. В это время первая шестерня 15, воздействуя на зубчатую рейку 19, перемещает шток 18 с рамкой 20 в вертикальных направляющих 16 вниз, при этом вторая дополнительная рейка 21 обеспечивает вращение второй шестерни 24 и промежуточного вала 22 в том же направлении. Таким образом, двигатель обеспечивает передачу крутящего момента от цилиндра, совершающего только колебательные движения посредством звеньев, совершающих только возвратно-поступательные движения, что приведет к снижению неуравновешенных сил и к повышению долговечности качающегося цилиндра двигателя.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, отличающийся тем, что двигатель снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно с основаниями цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра, разделительные элемента жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном валу, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов.www.freepatent.ru
бензиновый двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия до 35 — патент РФ 2260136
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к бензиновым двигателям внутреннего сгорания, работающим с повышенной степенью сжатия. Техническим результатом является повышение надежности запуска и работы двигателя на режимах ниже средних оборотов. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель снабжен вакуумным насосом с приводом и дополнительным приводом дроссельной заслонки, которые управляются электронным блоком управления. Вход вакуумного насоса сообщен с впускным коллектором двигателя с возможностью отсасывания из него воздуха. Во время прокрутки вала топливо в цилиндр не подается, а вакуумный насос после запуска двигателя отключают. 1 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2260136
Изобретение относится к бензиновым двигателям внутреннего сгорания, работающими с повышенной степенью сжатия.
Известен бензиновый двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, впускным и выпускным клапанами, впускной коллектор с дроссельной заслонкой, датчик разряжения, установленный за дроссельной заслонкой, привод дроссельной заслонки, связанный с органом управления двигателем, устройство подачи топлива в цилиндр двигателя, свечу зажигания и электронный блок управления, вход которого связан с датчиком разряжения, а выход — с устройством подачи топлива в цилиндр и свечой зажигания (см. патент США №6349699 МПК F 02 D 9/02, опубликованный 26.02.2002).
Известный двигатель не обеспечивает достаточно надежный запуск и работу двигателя на режиме ниже средних оборотов при работе двигателя с повышенной степенью сжатия, в частности со степенью сжатия до 35.
Проведенные эксперименты показали, что для двигателя с повышенной степенью сжатия до 35 при запуске двигателя и при работе двигателя на режимах ниже средних оборотов целесообразно ограничить наполнение цилиндров двигателя.
Технический результатом заявленного изобретения является повышение надежности запуска и работы двигателя на режимах ниже средних оборотов двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что бензиновый двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия до 35, включающий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, впускным и выпускным клапанами, впускной коллектор с дроссельной заслонкой, датчик разряжения, установленный за дроссельной заслонкой, привод дроссельной заслонки, связанный с органом управления двигателем, устройство подачи топлива в цилиндр двигателя, свечу зажигания и электронный блок управления, вход которого связан с датчиком разряжения, а выход с устройством подачи топлива в цилиндр и свечой зажигания, согласно изобретению двигатель снабжен вакуумным насосом с приводом и дополнительным приводом дроссельной заслонки, управляемыми электронным блоком управления, вход вакуумного насоса сообщен с впускным коллектором двигателя, привод вакуумного насоса и дополнительный привод дроссельной заслонки связаны с выходами электронного блока управления с возможностью отсасывания воздуха вакуумным насосом из впускного коллектора при запуске двигателя при закрытом органе топливоподачи во время прокрутки коленчатого вала двигателя без подачи топлива в цилиндр, и отключения вакуумного насоса после окончания запуска двигателя, причем при достижении допустимого уровня разряжения во впускном коллекторе, по сигналу датчика разряжения, электронный блок управления выполнен с возможностью формирования сигнала для открытия устройства подачи топлива и подачи искры зажигания, а при работе двигателя на режиме ниже средних оборотов двигателя в зависимости от величины степени сжатия данного двигателя, его температуры и температуры и давления окружающей среды, при положении органа регулирования в крайнем положении, соответствующем максимальной подаче топлива в цилиндр, электронный блок управления выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала дополнительному приводу дроссельной заслонки, ограничивая максимально допустимый угол открытия последней.
На чертеже показан предложенный двигатель внутреннего сгорания.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия до 35, содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 с поршнем 2, впускным и выпускным клапанами 3 и 4 и впускной коллектор 5 с дроссельной заслонкой 6. Датчик 7 разряжения установлен за дроссельной заслонкой 6, а привод дроссельной заслонки 6 связан с органом 8 управления двигателем (например, педалью газа). Кроме того, двигатель содержит устройство 9 подачи топлива в цилиндр двигателя (например, форсунку), свечу 10 зажигания и электронный блок 11 управления, вход которого связан с датчиком 7 разряжения, а выход с устройством 9 подачи топлива в цилиндр и свечой 10 зажигания. Двигатель снабжен вакуумным насосом 12 с приводом 13 и дополнительным приводом 14 дроссельной заслонки 6, управляемыми электронным блоком 11 управления. Вход вакуумного насоса 12 сообщен с впускным коллектором 5 двигателя. Привод 13 вакуумного насоса 12 и дополнительный привод 14 дроссельной заслонки 6 связаны с выходами электронного блока 11 управления.
Двигатель внутреннего сгорания, имеющий повышенную степень сжатия до 35, работает следующим образом. При запуске двигателя при закрытом устройстве 9 подачи топлива во время прокрутки коленчатого вала двигателя без подачи топлива в цилиндр 1 часть воздуха отсасывается вакуумным насосом 12 из впускного коллектора 5. При достижении допустимого уровня разряжения во впускном коллекторе 5, по сигналу датчика 7 разряжения, электронный блок 11 формирует сигнал для открытия устройства 9 подачи топлива и подачи искры зажигания и происходит запуск двигателя, после чего электронный блок 11 управления формирует сигнал для отключения привода 13 вакуумного насоса 12.
При работе двигателя на режиме ниже средних оборотов в зависимости от величины степени сжатия данного двигателя, его температуры и температуры и давления окружающей среды, при положении органа 8 регулирования двигателя (педали газа) в крайнем положении, соответствующем максимальной подаче топлива в цилиндр 1, электронный блок управления 11 формирует управляющий сигнал дополнительному приводу 14 дроссельной заслонки 6, ограничивая максимально допустимый угол открытия последней. Таким образом ограничивается наполнение цилиндров двигателя и обеспечиваются надежный запуск и надежная работа двигателя на режимах ниже средних оборотов двигателя.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия до 35, включающий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, впускным и выпускным клапанами, впускной коллектор с дроссельной заслонкой, датчик разряжения, установленный за дроссельной заслонкой, привод дроссельной заслонки, связанный с органом управления двигателем, устройство подачи топлива в цилиндр двигателя, свеча зажигания и электронный блок управления, вход которого связан с датчиком разряжения, а выход — с устройством подачи топлива в цилиндр и свечой зажигания, отличающийся тем, что двигатель снабжен вакуумным насосом с приводом и дополнительным приводом дроссельной заслонки, управляемыми электронным блоком управления, вход вакуумного насоса сообщен с впускным коллектором двигателя, привод вакуумного насоса и дополнительный привод дроссельной заслонки связаны с выходами электронного блока управления с возможностью отсасывания воздуха вакуумным насосом из впускного коллектора при запуске двигателя при закрытом органе топливоподачи во время прокрутки коленчатого вала двигателя без подачи топлива в цилиндр и отключения вакуумного насоса после окончания запуска двигателя, причем при достижении допустимого уровня разряжения во впускном коллекторе, по сигналу датчика разряжения, электронный блок управления выполнен с возможностью формирования сигнала для открытия устройства подачи топлива и подачи искры зажигания, а при работе двигателя на режиме ниже средних оборотов двигателя в зависимости от величины степени сжатия данного двигателя, его температуры и температуры и давления окружающей среды, при положении органа регулирования в крайнем положении, соответствующем максимальной подачи топлива в цилиндр, электронный блок управления выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала дополнительному приводу дроссельной заслонки, ограничивая максимально допустимый угол открытия последней.
www.freepatent.ru
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания со сверхвысокой степенью сжатия / Ибадуллаев Г. А. Махачкала: дгту, 2007 — Реферат
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дагестанский государственный технический университет»
Ибадуллаев
Гаджикадир Алиярович
БЕНЗИНОВЫЙ
Двигатель внутреннего сгорания со сверхвысокой степенью сжатия
Махачкала 2007 г.
Печатается по решению Ученого совета ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», протокол №10 от 28.06.2007 г.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания со сверхвысокой степенью сжатия / Ибадуллаев Г.А. – Махачкала: ДГТУ, 2007.
В настоящем издании изложены результаты теоретических исследований автора в области повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрены возможности повышения коэффициента полезного действия двигателей за счет увеличения степени сжатия рабочей смеси.
Брошюра может представлять интерес для производственников и научных работников, занимающихся вопросами двигателестроения.
Рецензент: доцент кафедры ТК и САПР ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», к.т.н. Тынянский В.П.
Содержание
Введение 5
Особенности работы ДВС по циклу Карно 7
(размышления и выводы) 7
21
Q-Q2 21
P 21
V 21
Рис.1 21
21
T2 22
V 22
Рис.3 22
23
Г.А.Ибадуллаев 23
Рабочие процессы в бензиновом ДВС со сверхвысокой степенью сжатия 23
P 39
39
40
Заключение по результатам стендовых испытаний 41
двигателей 41
Введение
Первая официальная демонстрация работы бензинового двигателя Ибадуллаева Г.А. со степенью сжатия 21,5 профессорско-преподавательскому составу Махачкалинского филиала МАДИ (ГТУ) была проведена в июне 2006 года. Затем была совместная демонстрация профессорско-преподавательскому составу МФ МАДИ и механического факультета ДГТУ.
В феврале 2007 года Ибадуллаев Г.А. продемонстрировал профессорско-преподавательскому составу МФ МАДИ (ГТУ) обкатанный на автомобиле новый бензиновый двигатель со степенью сжатия 24,5 (фактически почти 25) с давлением сжатия 37 (фактически 37,5). После этого нами было составлено заключение, которое публикуется в настоящей брошюре.
Ибадуллаев Г.А. по образованию юрист. В 1980 году с отличием окончил юридический факультет ДГУ. С того времени по май 2006 года работал следователем в органах прокуратуры Республики Дагестан. Ушел в отставку по выслуге лет в чине старшего советника юстиции.
Более 200 лет расчеты Карно будоражили творческую мысль ученых, практиков и изобретателей. Особый расцвет поиски решения «идеального» двигателя по Карно получили после изобретений Р.Дизеля. Шли десятилетия. Труды огромной армии ученых и изобретателей результатов не давали. В дальнейшем мир науки в области двигателестроения постепенно, если так можно выразиться, пришел в уныние. Казалось, что такого решения в природе не существует.
Более 100 лет назад Пуанкаре поставил перед учеными задачу. До недавнего времени считалось, что она не имеет решения. Год назад задача была решена. Оказалось не все, что нам кажется неразрешимым, на самом деле является таковым.
Увидев в первый раз двигатель, я испытал ощущения, очень близкие к шоку. На тот момент двигатель имел степень сжатия 20, давление сжатия 27 кг/см2. По внешнему виду почти ничем не отличался от обычного двигателя. Ибадуллаев Г.А. с удовольствием катал на машине всех желающих, демонстрировал динамику разгона. Имея представление о том, какие мощные автоконцерны, какое множество институтов и ученых в течение целого столетия с лишним пытались бороться с детонациями, не верилось, что фантастика, благодаря юристу, превратилась в реальность.
Суть теоретических утверждений Ибадуллаева Г.А. заключается в том, что в его цикле сжатие рабочего тела до сверхвысокого давления Р1 осуществляется без ввода тепла. Тепло вводится в начале расширения при постоянстве давления Р1. Достигается это путем синхронизации скоростей увеличения объема рабочего тела и объема камеры сгорания.
Если следовать логике процесса горения, объяснение не только правильное, но и единственно возможное. Если давление Р1 будет падать, интенсивность горения замедлится и двигатель не будет эффективным. Если будет расти, интенсивность горения возрастет и возникнут детонации. Если давление будет постоянным, интенсивность горения будет стабильным. Работа двигателей показывает, что его утверждения не есть плод фантазии, а есть реальный переворот в теории ДВС.
Цикл Ибадуллаева Г.А. по теоретической значимости равнозначен циклу Карно. По практической применимости и пользе, которую принесет для человечества, его значимость вообще трудно оценить.
Декан автомобильного факультета
МФ МАДИ (ГТУ),
кандидат технических наук, доцент М.М. Фатахов
Особенности работы ДВС по циклу Карно
(размышления и выводы)
Первые 80 лет (с 1824 года) своего возникновения и развития теория теплового, а затем двигателя внутреннего сгорания базировалась на положениях о том, что правильно устроенный и правильно работающий двигатель должен иметь КПД в районе 70-80%. Так считали Карно, Отто и Дизель.
В работе «Теория и конструкция рационального теплового двигателя» Р.Дизель дал описание устройства и принципа работы ДВС построенного по «циклу Карно». Первоначально Дизель исходил из того, что на цикле адиабатного сжатия воздух сжимается до давления 90 кг/см2 и температуры 900* С, затем на цикле изотермного расширения плавно вводится тепло и при указанной температуре должно произойти изотермное, затем адиабатное расширение. При этих условиях КПД ДВС должен был составить 73%.
Однако построенный двигатель показал, что он допустил ошибки в расчетах. Затраты тепла на сжатие воздуха были столь велики, что превышали мощность двигателя. Но после снижения давления сжатия до 35 кг/см2 двигатель показал результаты, которые на тот момент считались фантастическими.
С моих позиций Р.Дизель при разработке идеи и конструкции своего двигателя допустил ошибки частного характера, но сама идея была правильной. К тому же создание «идеального» двигателя на тот момент было невозможно по объективным причинам, поскольку: а) Отсутствовали достаточные знания о характере термодинамических процессов, происходящих в ДВС. б) Не было соответствующей технической базы для построения такого двигателя.
В течение последующих 70 лет эти недостатки в теории и практике двигателестроения постепенно устранялись. Совершенствовалась техническая база двигателестроения, использовались все более совершенные материалы и технологии, улучшались детали, узлы, механизмы ДВС, были внедрены компьютерные программы управления работой ДВС. Все это в совокупности позволило довести механическую составляющую ДВС, практически, до совершенства. Механический КПД лучших ДВС составляет, примерно, 80% и дальнейшие работы по совершенствованию его конструкции сколько-нибудь заметных результатов не дадут.
Все известные автомобильные концерны и институты, специализирующиеся на проблемах ДВС, проводили работы с целью выявления зависимости между степенью сжатия ДВС и эффективностью его работы и исследования характера термодинамических процессов, происходящих в ДВС.
Проводились и многочисленные опыты по повышению степени сжатия ДВС. Но эти работы имели отрицательный результат. Опираясь на этот отрицательный результат, теория ДВС приняла, как аксиомы, утверждения о том, что степень сжатия бензинового двигателя не может быть выше 14. Что наиболее эффективная степень сжатия дизельного ДВС находится в районе 17-23, а при степени сжатия 40 он становится равным нулю. Специалисты и теоретики настолько утвердились в правильности этих положений, что на данном этапе малейшие попытки усомниться в них вызывает резко отрицательную реакцию.
Тем не менее, к 80-м годам 20-го столетия были созданы все технические и технологические предпосылки для создания нового типа ДВС со сверхвысокой степенью сжатия, который работал бы на основе принципов заложенных в теорию первоначально.
Парадокс ситуации заключается в том, что приведенные выше положения по поводу предельных степеней сжатия ДВС не имеют под собой теоретической аргументации в виде формул и расчетов, они возникли и существуют на основе отрицательной практики. Кто не согласен с этим, пусть представит формулу, из которой следовало бы, что степень сжатия бензинового или дизельного двигателей может быть ограничена конкретным числом.
Если какие-то положения теории являются правильными (т.е. соответствующими законам термодинамики), то построить работающий двигатель вопреки этим положениям не возможно. Но если такой двигатель построен и работает, значит, положения теории не соответствуют действительности и, следовательно, их надо менять.
Ознакомление с положениями современной теории ДВС приводит к следующим выводам:
1. Аргументировано излагаются законы термодинамики, теплотехники и позиции основоположников теории.
2. Абстрактно излагаются принципы работы современного ДВС. Вопросы зависимости характера термодинамических процессов, протекающих в ДВС, от степени сжатия, взаимосвязи между КПД двигателя и степенью сжатия освещаются столь туманно, что никто, никогда не поймет, что надо сделать для того, чтобы повысить КПД ДВС.
3. Абстрактность и отвлеченность освещения проблемы столь далеки от реальных процессов, которые в ДВС происходят, что современная теория ДВС оказалась не в состоянии правильно оценить сложившиеся в последние годы в практике двигателестроения тенденции и дать правильное решение вопроса. По этой причине индикаторный КПД ДВС со времен Р. Дизеля, практически, не изменился. Сомнения в этом возникают, в частности, из-за следующих вопросов:
1. В теории вообще не рассматривается вопрос о том, можно или нельзя ставить знак равенства между воздухом, который в ДВС используется в качестве рабочего тела и рабочим телом, которое участвует в цикле Карно или в цикле Стирлинга. Если следовать логике указанных циклов рабочее тело является субъектом процесса, в котором он принимает в себя тепло, и в ходе расширения преобразует его в механическую работу. При этом рабочее тело ни в целом, ни своими составными частями в создании тепла не участвует, количество и химический его состав не меняются. Поэтому в него можно вводить столько тепла и в такой последовательности, что создается возможность поддержания температуры Т1 в заданном интервале отрезка расширения и установления наиболее эффективного соотношения между изотермным и адиабатным частями расширения.
Воздух содержит примерно 20.5% кислорода. В ДВС он окисляет углеводород, т.е. является одним из двух участников процесса создания тепла. После завершения процесса создания тепла рабочее тело имеет другой химический состав и другое количество. Из 3-х молекул кислорода при окислении углеводорода образуется 1 молекула двуокиси углерода СО2 (газ) и 1 молекула воды (жидкость). При равных массах объем водяного пара в 6.5 раз меньше, чем газа, предельная его температура ограничена. Присутствуя в продуктах горения в виде пара, вода влияет и на температуру и на объем рабочего тела.
Помимо этого, количество поступившего в цилиндр кислорода определяет и количество топлива, которое он может окислить. Т.е. в ДВС в рабочее тело не возможно ввести больше топлива, чем кислород в состоянии окислить. Для наглядности того, что сказано такой пример:
ДВС, в котором в качестве топлива используется водород, имеет худшие эффективные характеристики, чем бензиновый. Возникает вопрос, почему?
Ответ: для окисления 1 молекулы кислорода требуется 2 молекулы водорода. Т.е. при наполнении цилиндра смесью воздуха и водорода, последний, т.е. водород, занимает 41% объема цилиндра. Иначе говоря, водород в цилиндре двигателя на 41% уменьшает объем рабочего тела, а соответственно и количество тепла, которое в него можно ввести.
Кроме этого, при окислении 3 молекул газа (2 молекулы водорода и одна молекула кислорода) образуется 1 молекула жидкости. Бензин поступает в цилиндр, частично, в газообразном, частично, в жидком состоянии. Разница между объемами водорода и бензина при их поступлении в цилиндр образует разницу между объемами рабочих тел, которые цилиндр может принять, разницу между количеством тепла, которое в эти рабочие тела можно ввести и, в итоге, разницу между эффективными характеристиками двигателей (к указанной разнице необходимо добавить и уменьшение объемов кислорода и водорода вследствие превращения в водяной пар).
Теоретически «чистым» рабочим телом в ДВС можно считать только 79,5% нейтрального газа, содержащегося в воздухе. Отсюда следует, что:
В первом варианте: цикл Карно в чистом виде применим к двигателю с подводом тепла от внешнего источника. В этом случае рабочее тело не участвует в процессе создания тепла.
Или второй вариант: цикл Карно в чистом виде может быть применен к традиционным ДВС при условии дополнительного ввода окислителя и окисляемого вещества в ходе изотермного расширения.
Из этого следует, что: количество тепла, которое можно ввести в рабочее тело в традиционном ДВС, ограничивается количеством содержащегося в нем кислорода. Следовательно, расстояние и время периода тепловыделения в ДВС также ограничены. В виду этого, в традиционном ДВС длина линии изотермного расширения меньше чем в цикле Карно.
2. В теории нет ясности в понимании вопроса о продолжительности процесса тепловыделения и о том, какие факторы на него влияют.
С одной стороны утверждается, что с момента начала тепловыделения скорость распространения пламени- величина постоянная. Также утверждается, что процесс основной фазы тепловыделения имеет одинаковую скорость, т.е. и эта величина является константой.
С другой стороны при рассмотрении рабочего цикла бензинового ДВС продолжительность тепловыделения, почему-то, принимается за 50-55 градусов ПКВ. Если сопоставить первое и второе, получается полный абсурд.
Если рассмотреть рабочий цикл ДВС при частоте вращения 900 об/мин (15 об/сек) и принять за продолжительность тепловыделения 50*ПКВ, то по времени она составит 1/15:50/360=1/108 секунды. Если эта величина константа, то при частоте вращения в 6300 об/мин (105 об/сек) продолжительность тепловыделения по углам ПКВ должна составить 105/15х50*=350*ПКВ. Т.е. получается абсурд.
Если же допустить, что продолжительность тепловыделения составляет 50*ПКВ при 6300 об/мин, то получится, что при 900 об/мин она составляет 7*ПКВ, что также абсурдно (эти цифры становятся совершенно глупыми для двигателя с частотой в 18 тысяч оборотов в минуту).
3. Применительно к ДВС в теории считается, что чем выше степень расширения, тем меньше температура выхлопа и выше КПД.
Есть понятия геометрической и действительной степеней сжатия.
Геометрическая степень сжатия есть отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ.
Действительная степень сжатия есть отношение объема цилиндра в момент закрытия впускного клапана к объему камеры сгорания при положении поршня в ВМТ.
Степень сжатия рабочего тела при ограничении наполнения цилиндра в теории никак не обозначена. Так, при работе бензинового ДВС на холостых оборотах количество воздуха, поступающего в цилиндр, меньше, примерно, в 5 раз, чем при работе без ограничения наполнения, т.е. при работе на внешней скоростной характеристике. Фактическая степень сжатия рабочего тела при этом в 5 раз меньше. Но степень расширения остается такой же, как и при полном наполнении цилиндра. Т.е. разница между фактической степенью сжатия рабочего тела и его расширением увеличивается в 5 раз. Но пусть кто-то объяснит мне, почему температура выхлопа при этом не уменьшается в 5 раз.
Объяснение такое: При поступлении в цилиндр рабочее тело имеет свою температуру. При сжатии температура возрастает. При расширении она снова падает. Если процесс адиабатный, температура упадет до первоначальной величины. Если же процесс расширения сначала изотермный, затем адиабатный, температура созданная на части отрезка сжатия будет потеряна. Длина этого отрезка сжатия будет соответствовать длине отрезка изотермного расширения. Т.е., если длина отрезка изотермного расширения равна 50* по углу ПКВ, температура созданная работой сжатия на участке в 50* по углу ПКВ (поворота коленчатого вала) до ВМТ (верхней мертвой точки) поршня неизбежно уйдет с выхлопом.
Вывод: Если даже построить работу ДВС таким образом, что газы на рабочем такте будут расширяться до давления окружающей среды, их температура на выходе будет больше, чем на входе, на указанную выше разницу.
Однако указанная потеря незначительна по сравнению с выигрышем, который дает полный перевод отрезка изотермного расширения на рабочий такт ДВС путем повышения степени его сжатия. Это подтверждается следующими экспериментами:
За период с сентября 2002 года для проверки правильности своих представлений об устройстве ДВС мной были построены несколько экземпляров бензинового ДВС со степенями сжатия от 16 до 19,5. Первоначально эксперименты проводились на двигателе М-20 В-25 БМВ-525. В дальнейщем на ВАЗ-2111. В данный момент в наличии имеются построенные на базе двигателя ВАЗ-2111 четыре экземпляра бензинового двигателя объемом 1.6 литра (диаметр цилиндра 82.4 мм, ход поршня 74.8 мм, инжектор, распредвал стандартный, 8 клапанов, поршня и шатуны не заводские, использована сточенная стандартная ГБЦ с еще выполненными в ней выемками под поршня) с давлением сжатия при 420 об/мин от 23 до 28 кг/см2.
Один двигатель с 03 октября 2003 года работает на стенде кафедры «Теплотехники и автотракторных двигателей» МАДИ, второй и третий на автомашинах ВАЗ-2110. Двигатель на стенде предварительно были обкатан на автомашине (5000 км). Пробег другого на данный момент составляет 32 000 км. Практически весь пробег (кроме обкатки) совершен на максимальных нагрузках. За время работы двигатели неоднократно разбирались для обследования их состояния. И каждый раз состояние гильз, поршней, колец оценивалось, как идеальное. Двигатели строились с использованием обычных материалов, в кустарных условиях, с использованием переделанных серийных деталей. Никакие специальные материалы и технологии не использовались. По мере совершенствования свечей, блока и катушек зажигания, электронной программы управления эффективные характеристики двигателей становятся все лучше.
Комментарий:
Из-за конструктивных особенностей головки блока цилиндров ВАЗ-2111 возможности увеличения его степени сжатия ограничены. Так, расчеты показывают, что при степени сжатия 25 величина расточки ГБЦ должна составить 3 мм, что на 1/3 уменьшает толщину ее стенки. Давление сжатия в нем составит 36-40 кг/см2. В ближайщее время, надеюсь, такой двигатель будет построен. Хотя есть опасения, что из-за сильного уменьшения толщины стенки головки блока ее может прорвать даже при замере давления сжатия.
Вместе с тем, расчеты показывают, что если бы у меня были соответствующие условия, не составит никаких проблем построить «идеальный» ДВС со степенью сжатия 51 (бензиновый или дизельный нет никакой разницы).
Для объяснения, почему для меня это стало возможным необходимо вернуться к истокам теории. В работе «Размышления о движущей силе огня» С. Карно описывает принцип работы гипотетического теплового двигателя. Цикл Карно состоит из термодинамических процессов, обеспечивающих наиболее полное превращение теплоты в работу. Изотермные процессы расширения и сжатия протекают при постоянных температурах Т1 и Т2 и, соответственно, они константы. Адиабатные процессы расширения и сжатия протекают без ввода и отвода тепла. Причем, поскольку адиабатное расширение совершается в положительной зоне работы, а адиабатное сжатие в отрицательной зоне работы цикла, они в сумме уравновешивают друг друга и влияния на результат работы и термический КПД цикла не оказывают (т.е не должны оказывать). Работа цикла есть разница между работой изотермного расширения и изотермного сжатия. Причем критерием оценки является количество введенного на расширении и отведенного на сжатии тепла. Цикл Карно имеет максимально возможный термический КПД в заданном интервале температур Т1-Т2 и любой другой цикл в этом же интервале температур и энтропий приведет к уменьшению площади цикла и, следовательно, к уменьшению теплоты преобразованной в работу.
Следует сразу отметить, что сравнение работы ДВС с циклом Карно может носить только условный характер. Для соблюдения в работе ДВС «принципа Карно» необходимо на такте изотермного расширения подавать в цилиндр не только топливо, но и дополнительные порции кислорода. А поскольку этого не делается, разница между величинами температур начала расширения, максимальной температурой цикла и на момент окончания тепловыделения в реальном ДВС столь велика, что о величинах Т1 и Т2 в работе ДВС можно говорить лишь, как о неких средних, условных величинах.
Вместе с тем, осмысление процессов происходящих в цикле Карно дает возможность установить основополагающие принципы работы ДВС.
Для оценки характера происходящих в конкретном ДВС рабочих процессов необходимо брать за основу его рабочий цикл. При рассмотрении конкретного рабочего цикла ДВС следует исходить из того, что цикл совершается за определенный промежуток времени, масса рабочего тела составляет конкретную величину и в это рабочее тело можно ввести только конкретное количество тепла.
Т.е. при рассмотрении рабочего цикла ДВС применительно к циклу Карно константами следует считать массу рабочего тела и количество вводимого тепла.
Современная теория ДВС проводит подробный анализ индикаторной работы ДВС по его внешней скоростной характеристике. Анализ индикаторной работы ДВС в режиме частичных нагрузочных характеристик практически отсутствует. Между тем, ответ на вопрос о том, как повысить КПД ДВС и что сделать, чтобы он работал, дает анализ его работы именно в указанных режимах.
По циклу Карно путем адиабатного сжатия температура рабочего тела доводится до величины Т1, после этого в рабочее тело вводится тепло и при сохранении температуры Т1 совершается процесс расширения. Во второй части расширения ввод тепла прекращается, процесс становится адиабатным. Температура рабочего тела от величины Т1 доходит до величины Т2.
При использовании в качестве источника тепла углеводородного топлива до выделения тепла оно должно пройти стадию предварительной подготовки, которая включает в себя период формирования очага пламени (период задержки воспламенения) и стадию распространения пламени по фронту, т.е. указанный процесс занимает определенный промежуток времени.
Для обеспечения нормального прохождения рабочего цикла современного ДВС часть тепла в количестве Q2 для доведения температуры (соответственно и давления) до величины Т1 вводится при движении поршня к ВМТ. Угол начала ввода и количество необходимого тепла Q2 определяется массой участвующего в цикле рабочего тела. Остальная часть тепла (поскольку величины Q и Q2 для данного рабочего цикла становятся константами) в количестве Q-Q2 вводится на такте расширения.
На такте сжатия в бензиновом ДВС по достижении в цилиндре определенного давления подается искра, происходит формирование очага пламени, затем пламя начинает распространяться по фронту. Повышение температуры и давления топливно-воздушной смеси с момента формирования очага пламени происходит под воздействием 2-х факторов: сжатия и ввода тепла. Примерное соотношение воздействия этих факторов видно по данным, полученным с помощью программы расчетного моделирования для бензинового ДВС со степенью сжатия Е=10 (условно: ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 10 мм).
1. При угле начала тепловыделения в 15* до ВМТ температура смеси в конце такта всасывания 65* С, на момент начала тепловыделения температура 355* С, давление 15.5 кг/см2, на момент ВМТ поршня температура 834* С, давление 33.2 кг/см2.
2. При тех же вводных данных, но при угле начала тепловыделения в 0 градусов температура смеси в конце такта всасывания 65* С, на момент ВМТ поршня в конце такта сжатия температура смеси 385* С, давление 19.5 кг/см2.
Т.е. увеличение температуры рабочего тела на 449* С и давления на 13.7 кг/см2 на такте сжатия получено за счет ввода тепла.
В виду этого такт сжатия в современном ДВС можно отнести к адиабатному лишь условно, поскольку увеличение температуры и давления рабочего тела совершается и путем сжатия и путем ввода тепла. А это приводит к нарушению следующих условий цикла Карно:
1. Условие равенства адиабатных циклов расширения и сжатия. Поскольку на завершающем отрезке такта сжатия в рабочее тело вводится тепло в количестве Q2, цикл становится больше на количество отрицательной работы эквивалентной теплу Q2.
2. Сокращается продолжительность и протяженность цикла изотермного расширения по углам ПКВ. Поскольку количество тепла Q, которое можно ввести в рабочее тело в ДВС является константой, то ввод части этого тепла в количестве Q2 на такте сжатия уменьшает его количество на цикле изотермного расширения до величины Q-Q2. При этом для нейтрализации отрицательной работы, совершаемой теплом Q2 на такте сжатия, из оставшегося количества тепла Q-Q2 на такте расширения расходуется еще одно количество тепла Q2, что существенным образом снижает КПД двигателя.
Применительно к работе современного ДВС в диаграмме цикла Карно отрезок такта адиабатного сжатия, на котором тепло в количестве Q2 вводится в рабочее тело, должен быть выделен в особый переходный сектор. Отрезок такта изотермного расширения по углам ПКВ должен быть уменьшен на величину Q2. Соответственно этому либо величина Т1 должна быть уменьшена, либо величина Т2 должна быть увеличена на количество тепла 2Q2 и величину потерянной температуры Т. С учетом изложенного работа современного ДВС по циклу Карно может быть отображена в виде штриховой диаграммы на рисунке 1.
Признание массы m рабочего тела константой означает, что в него не возможно ввести тепла больше, чем Q. А это означает, что в рабочем цикле современного ДВС без изменения массы рабочего тела не возможно удлинить протяженность цикла изотермного расширения.
refdb.ru