Технические науки/5.Энергетика

К.т.н. Шотиков А.В.

Харьковский национальный технический

университет сельского хозяйства им. П. Василенко

Двигатель внутреннего сгорания

Разработка более экономичных поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в условиях постоянного повышения стоимости топлива и сложной экологической обстановки является сегодня актуальной задачей.

Одним из перспективных способов повышения показателей экономичности ДВС является перерасширение продуктов сгорания в дополнительных цилиндрах. Известные из технической литературы конструкции двигателей такого типа имеют, по сравнению с традиционными двигателями той же мощности, большие габариты, почти в двое увеличенную массу, а самое главное - существенно большие механические потери на трение, что не позволяет получать ощутимый прирост эффективной мощности [1,2]. Видимо поэтому, а также по ряду других причин, указанные двигатели не получили практического применения.

Предлагаемый автором двигатель лишен в значительной степени изложенных выше недостатков и имеет модульную конструкцию [3]. Каждый модуль состоит из трех цилиндров, расположенных в ряд, два из которых рабочие, а третий (средний) – цилиндр перерасширения продуктов сгорания.

Рабочие цилиндры 1,2 содержат всасывающие клапаны 4,5 и перепускные 6,7, а расширительный цилиндр 3, по меньшей мере, один выпускной клапан 8. В рабочих цилиндрах установлены запальные свечи или форсунки 9,10, либо то и другое одновременно, в зависимости от типа двигателя (рис. 1).

Поршни 11,12,13 цилиндров 1,2,3 соединены с коленчатым валом 14 двигателя шатунами 15,16,17, при этом, кривошипы для шатунов 15,16 коленчатого вала 14 расположены в одной плоскости, как показано на рис.1, а кривошип шатуна 17 расширительного цилиндра повернут по ходу вращения коленчатого вала на угол 230…260^о в зависимости от типа двигателя, его быстроходности, соотношения радиуса кривошипа к длине шатуна, объемов расширительного и рабочих цилиндров, а также от других параметров.

Рис. 1.

Двигатель работает следующим образом.

Свежий заряд всасывается в один из рабочих цилиндров, например, в первый, через открытый впускной клапан 4 при движении поршня 11 от верхней мертвой точки (в.м.т.) вниз – такт впуска. Перепускной клапан 6 этого цилиндра закрыт. При движении поршня 11 от нижней мертвой точки (н.м.т.) к в.м.т. всасывающий и перепускной клапаны 4,6 закрыты и заряд сжимается – такт сжатия. Затем заряд воспламеняется и горит. Продукты сгорания, имея высокое давление, заставляют двигаться поршень 11 от в.м.т. вниз, совершая рабочий ход и расширение газов в рабочем цилиндре. За 50…80^о до н.м.т. по углу поворота коленчатого вала открывается перепускной клапан 6. В этот момент поршень 13 расширительного цилиндра 3 должен находиться в в.м.т. При последующем движении указанных поршней вниз происходит дальнейшее расширение продуктов сгорания как в основном (рабочем) цилиндре 1, так и в расширительном 3 за счет перепуска значительной части газов через открытый перепускной клапан 6.

После прихода поршня 11 в н.м.т. он начинает двигаться вверх выталкивая небольшую часть продуктов сгорания в цилиндр 3, а поршень 13 расширительного цилиндра продолжает двигаться вниз, совершая дальнейшее перерасширение рабочего тела. К моменту положения поршней 11,13, соответствующему максимальному суммарному объему обеих цилиндров, открывается выхлопной клапан 8 расширительного цилиндра 3, и начинается выпуск продуктов сгорания из обоих цилиндров. По приходу поршня 11 рабочего цилиндра 1 в в.м.т., закрывается перепускной клапан 6, а несколько позднее и выпускной клапан 8 расширительного цилиндра 3.

Далее процессы в цилиндре 2 и 3 повторяются аналогично предыдущим – в цилиндрах 1 и 3 со сдвигом фаз в 360^о.

Предлагаемый способ работы двигателя и его конструкция позволяют получить степень расширения рабочего тела при одинаковых объемах всех цилиндров в 1,7…1,9 раза больше, чем в таком же четырехтактном двигателе без расширительного цилиндра, что обеспечивает прирост индикаторной и, соответственно, эффективной мощности. Поэтому в предлагаемом двигателе при одинаковом коэффициенте перерасширения в сравнении с аналогами существенно меньше габариты, металлоемкость, а главное, - потери на трение, улучшенный термодинамический цикл, что и позволяет создать более экономичный двигатель.

ЛИТЕРАТУРА

1) Дебердеев Ф.Ф. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания. Патент Российской Федерации № 2053389, кл. F02B41/02, опубл. 27.01.96. Бюл. №3.

2) Dröschel, Helmut. Verbrennungskraftmaschine. OS 31 21 301. F 02 B – 41/08, AT 29.05.81 – OT 05.01.83

3) Шотіков А.В. Двигун внутрішнього згоряння. Патент України на корисну модель № 25051, кл. F02B41/00, опубл. 25.07.07. Бюл. №11.