Увеличение момента один из путей увеличения экономичности

Двигатели с кривошипно-шатунным механизмом.
Улучшение характеристик двигателей с кривошипно-шатунным механизмом мы
рассмотрим на примере четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
Увеличение момента один из путей увеличения экономичности и мощности двигателей
внутреннего сгорания. Дизельные ДВС по сравнению двигатели с подачей искры для
поджога смеси именно из-за увеличения момента обладают высоким к.п.д. А как повысить
момент таких двигателей? Надо отметить топливо с низким октановым числом можно
сжать до большей величины, что позволяет уменьшить объем, где происходит горения тем
самым увеличить давления при горении. Степень сжатия выбирается исходя из
октанового числа выбранного топлива. Увеличение момента за счет увеличения степени
сжатия имеет предел. Необходимо искать иной путь. К иному можно отнести решение В.
И. Червякова или конструкцию автора « NOVA» высокомоментный ДВС, они
направлены на подачу искры при повороте коленчатого вала на определенный угол от
ВМТ (верхняя мертвая точка). При этом сохраняют необходимую степень сжатия для
топлива с определенным октановым числом. Недостатки конструкции очевидны, попасть
в точку соответствующую заданной степени сжатия в различных режимах работы
двигателя, на мой взгляд, осуществить с большой точностью невозможно. Кроме того
температура воздуха при снижении на необходимую степень сжатия будет выше, так как
затрачена больше энергии на сжатия до максимальной. Сдвиг угла к большей степени
сжатия, приведет к детонации, а к меньшей степени к падению мощности и к.п.д. Не
говоря, что конструкция снижает время воздействия газов на вал, так как время
воздействия равно повороту вала не 180 градусов, а минус 180-(30-40) градусов. А так же
затрачивается энергию на излишнее сжатие воздуха, приводящее дополнительному
нагреву газов. Способ применим только к бензиновым двигателям с непосредственным
впрыском и дизелям.
Предлагаю решение этой задачу другим способом. Изменение конструкции кривошипношатунного механизма. Общее с перечисленными способами - увеличения момента ДВС.
Способ не имеет аналогов. И может быть применим для любых двигателей и не только
внутреннего сгорания, в том числе и дизелей, и в двигателях с газообразным рабочем
телом.
Кривошипно-шатунный механизм преобразования возвратно поступательного движения
во вращательное движение и наоборот имеет много недостатков. Однако изменением
конструкции можно улучшить показатели двигателей и повысить их кпд.
В предлагаемой конструкции кривошипно-шатунного механизма центральная ось
цилиндра расположена с некоторым смещением к проекции оси коленчатого вала.
Для наглядности рассмотрим конструкцию, в которой центральная ось шатуна при
совпадении с осью цилиндра перпендикулярна к кривошипу. Или иначе центральная ось
цилиндра смещена относительно проекции оси коленчатого вала на радиус кривошипа. На
рисунке №1 показано такое положение. В верхней мертвой точке положение шатуна
принимает положение 1 и лежит на одной линии с кривошипом. В нижней мертвой точке
положение шатуна принимает положение 2 и также лежит на одной линии с кривошипом.
1
2
ВМТ
НМТ
Рис.1
В таком двигатели возникает эффект: угол поворота от ВМТ до НМТ в тактах всасывания
и рабочего хода несколько больше, чем в тактах выхлопа и сжатия и зависит от смещения
оси цилиндра от проекции оси коленчатого вала. Так как угловая скорость при
использовании маховика в пределе одного поворота постоянна, это позволит увеличить
время всасывания воздуха, и увеличить время рабочего хода, т.е. растянуть время
воздействия газов на поршень, что приведет к увеличению момента на валу. Кроме того
сила, действующая на поршень, в рабочем ходе будет направлена под меньшим углом к
шатуну, а в положении изображенном на рисунке под нулевым углом. И при этом плечо
будет выше при малых углах поворотах колен вала по сравнению с классическим
расположением шатуна. Максимальное плечо будет достигнуто при повороте колен вала
на меньший угол. Надо отметить форма шатуна будет иметь ломаную линию, чтобы
сохранить принятые зазоры между юбкой цилиндра и шатуном при максимальном
приближении.
Кривошипно-шатунный механизм используется не только в двигателям внутреннего
сгорания, но и паровых двигателях, а так же поршневых компрессорах и поршневых
насосах. При этом поршневые компрессоры и поршневые насосы имеют два такта
всасывания и выброса. Для них можно варьировать между этими тактами для получения
необходимого эффекта. Например, увеличивая время выброса повышать давление, а
уменьшая увеличивать расход.
В этой работе я не вдаюсь в конкретные величины отклонения от оси и как они зависят от
соотношения размеров длин кривошипа и шатуна, размеров цилиндра и его хода и т.д.
Эти вопросы должны решаться индивидуально для каждой конструкции и ее
предназначения.
Задача данной работы показать, как изменение величины отклонения меняет время между
циклами, так можно удлинять циклы всасывания и рабочего хода перед циклами выхлопа
и сжатия. А можно решать противоположную задачу удлинять циклы выхлопа и сжатия,
т.е. затраты на сжатие.
П.В.Трофимов