УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕРАСШИРЕНИЕМ
DEVICE TO OPERATE ICE WITH OVEREXPANSION

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам.
Известны устройства для работы двигателя внутреннего сгорания (С.Н.Богданов, М.М.Буренков, И.Е.Иванов. Автомобильные двигатели. - М.: Машиностроение, 1987. - 368 с.).
Недостатком этих устройств является неполное использование энергии продуктов сгорания топлива, которые в конце такта расширения имеют температуру более 1000 градусов Цельсия и давление около 0.4 МПа.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, обеспечивающего дополнительное расширение продуктов сгорания топлива и получение дополнительной полезной энергии.
Техническим результатом поставленной задачи является создание дополнительного объема в виде дополнительного цилиндра с поршнем, который используется только при тактах расширения и выпуска.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для работы двигателя внутреннего сгорания с перерасширением, включающее цилиндр, головку цилиндра, поршень, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, отличается тем, что согласно изобретению в головке цилиндра сделано отверстие, сообщающее камеру сгорания с пристыкованным к головке цилиндра дополнительным цилиндром, причем отверстие выполнено меньшего диаметра, чем дополнительный цилиндр, и имеет конусообразный переход между диаметрами, аналогично седлу клапана, дополнительный цилиндр снабжен поршнем, который своим днищем, выполненным по краю в виде ответного конуса входу в камеру сгорания, аналогично клапанной тарелке, в крайнем положении запирает вход из камеры сгорания в дополнительный цилиндр; на другом конце поршня установлен шток, свободным концом опирающийся на два качающихся рычага: управляющий и силовой, управляющий рычаг другим концом опирается на вращающийся эксцентрик, который обеспечивает либо свободное перемещение управляющего рычага совместно со штоком, либо предотвращает перемещение управляющего рычага и штока с поршнем, фиксируя последний в крайнем положении, ближайшем к камере сгорания; силовой рычаг другим концом, через шатун или систему рычагов связан с коленчатым валом.
Изобретение поясняется при помощи чертежа. На чертеже представлена схема двигателя внутреннего сгорания с перерасширением.
Технический результат осуществляется устройством, включающим цилиндр с поршнем и головкой 1, дополнительный цилиндр 2, поршень дополнительного цилиндра 3, шток 4, эксцентрик 5, управляющий рычаг 6, силовой рычаг 7, шатун 8, коленчатый вал 9. Эксцентрик вращается с частотой в два раза меньшей частоты коленчатого вала и может приводиться от распределительного вала.
При такте всасывания и сжатия в цилиндре 1 эксцентрик 5 обеспечивает неподвижное положение управляющего рычага 6, который другим концом удерживает через шток 4 поршень 3 в крайнем положении, ближайшем к камере сгорания основного цилиндра. При этом силовой рычаг 7 свободно качается под воздействием коленчатого вала 9 через шатун 8.
Крайнее «верхнее» положение шатуна соответствует положению «запирания» дополнительного цилиндра 2 поршнем 3.
При тактах расширения и выпуска эксцентрик 5 поворачивается в положение, которое не препятствует свободному перемещению управляющего рычага 6. Поршень 3 в цилиндре 2 под воздействием продуктов сгорания топлива перемещается в направлении рычагов 6 и 7. Усилие от поршня 3 через шток 4 передается на силовой рычаг 7 и через шатун 8 на коленчатый вал. По завершении такта расширения коленчатый вал 9 через шатун 8, рычаг 7 и шток 4 перемещает поршень 3 в цилиндре 2 в исходное положение, ближайшее к камере сгорания.
Данная совокупность признаков является достаточной во всех случаях практической реализации устройства для достижения поставленной задачи - работы двигателя внутреннего сгорания с перерасширением продуктов сгорания топлива.
Первичный технический результат при использовании изобретения заключается в получении дополнительной полезной энергии от продуктов сгорания топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Этот технический результат проявляется при реализации всех указанных существенных признаков и в конечном счете сообщает объекту изобретения в целом полезные качества.
Пример
Оценим результат применения перерасширения в ДВС на примере карбюраторного двигателя со степенью сжатия 11.0.
Начальное давление сжатия примем равным 0.1 МПа, начальная температура 288 К. При показателе адиабаты сжатия 1.4 и КПД процесса 0.8 давление Рс составит 2.87 МПа и температура Тс 868 К.
Принимая температуру Tz=2273 К, получаем Pz=7.51 МПа.
Принимаем показатель политропы расширения n=1.28.
При исходной степени сжатия Рb=0.35 МПа и Тb=1161 К.
При увеличении степени расширения по сравнению с исходной на 20% получаем Рb*=0.27 МПа, Тb=1103 К.
Следовательно, при прочих равных условиях теплоперепад (Tz-Tb) увеличился на 5%, давление газа уменьшилось на 0.08 МПа, температура газа уменьшилась на 60 К, мощность и экономичность увеличились на ок. 5%.