Двигатель, работающий постоянно на стехиометрическом

Двигатель, работающий постоянно на стехиометрическом составе горючей
смеси.
Двигатели внутреннего сгорания имеют недостаток, сгорания топлива происходит при различных
соотношениях между топливом и воздухом. По этой причине горение происходит в основном
при избыточном количестве воздуха, т.е. при недостаточном количестве окислителе.
Предлагается вниманию ДВС, в котором горение происходит при стехиометрическом составе
горючей смеси, т.е. смеси, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного
окисления топлива. Для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием,
стехиометрическим считается соотношение воздух / топливо, равное 14,7:1 (массовые части).
Осуществляется это за счет подачи дозированного количества топлива независимо от оборотов
двигателя при одинаковом количестве сжимаемого воздуха и одинаковой степени сжатия. Такая
работа возможно путем периодического включения в работу цилиндров двигателя. Таким
образом, например, на холостых оборотах в рабочем состоянии каждый цилиндр составить 1к 10.
Т.е. одному рабочему циклу (пример для четырехтактного двигателя), на который приходит два
оборота колен вала 18 оборотов или 9 рабочих циклов будут пропущены. И так для каждого
цилиндра, если их больше одного. В итоге двигатель будет потреблять меньше топлива, в
особенности при спокойной езде на невысокой скорости, при одинаковом рабочем объеме они
обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля, у него чище выхлоп. Режим сгорания
сверхбедной смеси в этом двигателе отсутствует. Этот режим используется в обычных двигателях
при малых нагрузках: при спокойной городской езде и при движении за городом с постоянной
скоростью (до 120 км/ч). Что значительно уменьшит потребления топлива. Так как соотношение
воздуха и топлива в цилиндре не будет падать до 40:1, и не придется терять давление в
цилиндре и нагревать зря избыточное количества воздуха.
Известно работа двигателя на сильно обедненной смеси ставит новую проблему - нейтрализацию
отработавших газов. Дело в том, что при этом режиме основную их долю составляют оксиды
азота, и поэтому обычный каталитический нейтрализатор становится малоэффективным. Эта
проблема в предлагаемом двигателе отсутствует.
Предлагаемый двигатель, например, с применением непосредственного впрыска
конструктивно может быть значительно упрощен. Для работы двигателя на сверх обеднённой
топливовоздушной смеси: соотношение воздуха и топлива по массе до 30-40:1 требуется
усложнения конструкции для получения в области расположения свечи зажигания соотношение
равное 20-24:1 чтобы смесь поджечь (стоит напомнить, что оптимальный, так называемый
стехиометрический, состав - 14,7:1). если избыток воздуха будет больше, пере обеднённая смесь
просто не воспламенится.
С повышением оборотов и необходимой для работы мощности, количество пропущенных
рабочих ходов снижаются и могут полностью отсутствовать.
Самая простая схема осуществления могла бы включать только отключение подачи дозируемой
части топлива в цилиндры для пропуска рабочего хода им. Однако она имеет ряд недостатков,
которые делают ее неприемлемой для применения. К ним можно отнести бесполезную работу
цилиндров, производящих впуск воздуха его сжатие и выброс, на что будет затрачена
дополнительная энергия. Поэтому идеальная схема должна запрещать впуск и выброс воздуха в
цилиндры, которые не осуществляют рабочий ход. Это возможно осуществить установкой
клапанов с электрическим приводом, например электромагнитные клапана, открывающие при
подачи электрического тока.
Устройство акселератора тоже должно быть выполнено по другой схеме. Начальным условием
должно быть установленная величина пропусков для холостого хода. Например, как мы уже
рассматривали 1 к 10. Это означает, что без воздействия на него работа каждого цилиндра будет
осуществляться одним рабочим ходом на 9 пропущенных рабочих ходов. А далее при изменении
хода его это соотношение будет меняться 2 к 8, 3 к 7 и т.д. до 10 к 0. Т.е. все цилиндры работают,
пропуски отсутствуют.
Кроме того для повышения мощности, при некотором снижении крутящего момента, за счет
обогащенной смеси при работе всех цилиндров возможно предусмотреть дальнейший ход за 10 к
0 акселератора, который будет приводить к увеличению подачи топлива для обогащения смеси.
В двигателях опережение подачи искры осуществляется от оборотов двигателя, в данном
двигателе это условия сохраниться.
Наиболее подходящая схема, а вернее простая, в которой управление осуществляется работой
только впускных клапанов, при этом выпускные клапана будут работать в обычном режиме. В
этом режиме в цилиндрах при пропусках работы клапан впускной закрыт будет создаваться
разрежение. Что значительно снизит усилие, идущее на этот процесс.
Такая конструкция может быть применена и в дизельном двигателе.
Динамичность такого двигателя во многом должна превосходит обычный двигатель это связано
с тем, что мощность каждого рабочего цикла цилиндра происходит скачком к максимальному
значению. Когда как в обычном двигателе, он должен пройти путь от начального заполнения,
равного минимальному заполнению необходимого для холостых оборотов до максимального в
зависимости от числа оборотов.
Предлагаемый двигатель будет работать постоянно в мощностной режиме. Так называемый
"режим однородного смесеобразования". Топливо должно впрыскиваться на такте впуска можно
коническим факелом, перемешиваясь с воздухом и образуя однородную смесь, как в обычном
двигателе с распределенным впрыском. Поэтому можно использовать и распределенный впрыск,
что упростит конструкцию. Состав смеси - должен быть близок к стехиометрическому составу.
Снижается токсичность выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной
смеси.
Оптимальная установка угла опережения зажигания, соответствующего оборотам двигателя
должна быть сохранена для улучшения динамических свойств автомобиля и легкости пуска
независимо от погодных условий.
Осуществить пропуск открытия впускных клапанов возможно с применением электромагнитных
клапанов и электрической связи их распределительным валом. А подача топлива может быть
осуществлена с помощью электромагнитных форсунок. Таким образом, особых препятствий для
осуществления проекта нет.
П.В.Трофимов