Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с продолженным расширением

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с продолженным расширением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания и, в частности, к четырехтактному двигателю внутреннего сгорания с продолженным расширением, когда двигатель работает в режиме продолженного расширения и газовыхлопа при низкой температуре.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При разработках и модификациях в течение более чем ста лет механическая эффективность двигателей внутреннего сгорания почти достигла своего верхнего предела. С помощью реализации электронной технологии в последние годы эффективность сгорания увеличивалась, тогда как рабочую эффективность увеличить затруднительно в связи с тем, что существует предел, присущий рабочему режиму, и причины заключаются в следующем.

1. Двигатели внутреннего сгорания работают при постоянном объеме рабочего режима с тех пор, как они изобретены, иначе говоря, в теоретическом цикле существующих двигателей внутреннего сгорания имеются четыре рабочих хода: потребления, сжатия, сгорания и выхлопа, которые являются изометрическими (имеются уравненные рабочие ходы); рабочий ход поршня при сжатии равен рабочему ходу потребления (рабочий объем цилиндра равен объему потребления). Следовательно, в конце работы сжатия температура и давление газа сгорания в цилиндре являются все еще высокими по своей величине, и выхлопной газ выпускается в виде пламени. Потери теплоты, вызванные этим постоянным объемом при работе расширения и высокой температурой при выхлопном режиме, составляют приблизительно 35% от суммарной теплоты. Это является неизбежным для существующих двигателей внутреннего сгорания по той причине, что конструкцией существующего двигателя внутреннего сгорания определяется наличие условия того, что рабочий объем цилиндра равен объему потребления. (Поскольку угол опережения выхлопа равен 50°-60°, ограниченный рабочий объем дополнительно уменьшается, и реальный рабочий ход короче, чем рабочий ход при потреблении). Высокая температура при явлении газового выхлопа вызвана тем фактом, что поршень не может выполнять работу постоянно после достижения нижней мертвой точки, и выхлопной газ, который еще содержит большую тепловую энергию, может выпускаться в виде отработавшего продукта горения.

2. Для того чтобы устранить возникновение явления перегрева двигателя внутреннего сгорания, необходимо охлаждать корпус цилиндра принудительно циркулирующим средством охлаждения, и теплота, теряемая в системе охлаждения, составляет приблизительно 30% от суммарной теплоты. В соответствии с принципом работы при выхлопе с высокой температурой двигатель внутреннего сгорания, работающий при режиме наличия постоянного объема, не может увеличивать свой тепловой коэффициент полезного действия, даже хотя используются средства для сохранения теплоты и теплоизолирующие средства с целью увеличения рабочей температуры, и в результате этого температура при выхлопе увеличивается по той причине, что в наличии не имеется существенная модификация в режиме преобразования тепловой энергии таким образом, что тепловая энергия, которая не теряется с помощью системы охлаждения, должна будет теряться в газовыхлопной системе.

3. Существующие двигатели внутреннего сгорания включают в себя те, в которых используется электрическое зажигание, и те, в которых применяется воспламенение от сжатия, и степень сжатия используется для того, чтобы указывать на степень сжатия газа, когда поршень достигает своего положения при конечной точке сжатия. Степень сжатия была совершенно малой для двигателей внутреннего сгорания на их ранней стадии изготовления, при этом она равнялась 5-8 у двигателей внутреннего сгорания, в которых использовалось электрическое зажигание, и 10-18 у тех двигателей внутреннего сгорания, в которых применялось воспламенение от сжатия таким образом, что тепловой коэффициент полезного действия был низким по своей величине. В последние годы степень сжатия возросла до 8-11 у тех двигателей внутреннего сгорания, в которых используется электрическое зажигание, соответствуя давлению сжатия, равному около 0,7-1,0 МПа, и до 16-22 у тех двигателей внутреннего сгорания, в которых используется воспламенение от сжатия, соответствуя давлению сжатия, равному около 1,5-2,0 МПа таким образом, что тепловой коэффициент полезного действия значительно увеличился. Очевидно, величина степени сжатия находится в близкой корреляционной зависимости от теплового коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания, и причина этого заключается в том, что, чем выше может быть степень сжатия, тем выше величина температуры и давления, при этом среднее рабочее давление на поршень увеличивается, а поэтому увеличивается тепловой коэффициент полезного действия. Однако степень сжатия существующих двигателей внутреннего сгорания далее трудно увеличивать в связи с тем, что существуют ограничение из-за наличия явления детонации и ограничение, вызванное механической конструкционной прочностью двигателя внутреннего сгорания.

4. Теоретическая величина степени сжатия существующего двигателя внутреннего сгорания является фиксированной. Когда работа осуществляется при условии наличия низкой величины скорости вращения вала и наличия тяжелой нагрузки (а именно: при максимальном количестве потребляемого воздуха), двигатель внутреннего сгорания может достигать его предопределенной степени сжатия. Когда работа осуществляется при условии наличия высокой величины скорости вращения вала и наличия легкой нагрузки (а именно: при малом количестве потребляемого воздуха), реальная степень сжатия уменьшается при верхней мертвой точке, даже хотя теоретическая величина степени сжатия совершенно отличается при различных рабочих условиях. Это является главной причиной того, почему тепловой коэффициент полезного действия в двигателе внутреннего сгорания с регулированием плотности выше по своей величине, чем у двигателя внутреннего сгорания с регулированием количества.

5. В существующем двигателе внутреннего сгорания зажигание или время зажигания устанавливается при угле около 20°-30° перед верхней мертвой точкой, и смешанные газы начинают свой основной период сгорания после процесса физических и химических реакций. Наивысшая величина температуры и давления получается примерно при 6° после верхней мертвой точки посредством контролирования времени зажигания. В действительности создаваемые температура и давление в этом диапазоне связаны только с концепцией прочности независимо от того, какую высокую величину они имеют. Когда проход осуществляется вблизи мертвой точки, давление является наибольшим по своей величине, а скорость поршня почти равна «нулю», следовательно, он совершает малую работу. Более того, неизбежным является наличие утечек выхлопных газов через поршневое кольцо. На этом этапе количество теплоты концентрируется, температура равна наибольшей своей величине, а тепловая потеря является самой большой. Таким образом, утечка «вещества» в этот момент времени является пренебрежимо малой. Например, при езде на велосипеде предпринимается усилие, при котором бесполезен и не имеет значения способ приложения усилия велосипедиста у вершины положения педали (что соответствует верхней мертвой точке), и только после определенного угла имеется возможность создания момента силы для выполнения работы. С точки зрения этого факта время зажигания у двигателей внутреннего сгорания должно запаздывать для того, чтобы допускать наличие наибольших величин температуры и давления, которые имеются, примерно при угле, равном 15°, после верхней мертвой точки.

В существующем двигателе внутреннего сгорания производят зажигание или впуск топлива с опережением при всех рабочих условиях таким образом, что часть топлива начинает сгорать после верхней мертвой точки, и тепловая энергия высвобождается для быстрого подъема величин температуры и давления. Благодаря этому отрицательная работа сжатия уменьшается, и это, вероятно, вызывает явление детонации, которая делает работу бесконтрольной. Основная причина того, что в существующем двигателе внутреннего сгорания зажигание и впрыск топлива не запаздывают, заключается в том, что только у верхней мертвой точки степень сжатия и уровень постоянного объема являются максимальными по своим величинам, и наибольшими являются величины температуры и давления при сгорании. Это является наилучшим временем зажигания, момент наилучшего рабочего времени находится при угле, равном 15° после верхней мертвой точки таким образом, что время зажигания должно запаздывать. Но запаздывание зажигания может приводить к уменьшению степени сжатия и уровня постоянного объема, и несгоревший газ расширяется, когда поршень движется вниз после того, как он проходит верхнюю мертвую точку, благодаря чему степень сжатия уменьшается, и тепловой коэффициент полезного действия также уменьшается.

С точки зрения вышеуказанного явления появились одно за другим многие технические решения, такие как те, которые описаны в патентах Китайской Народной Республики CN 1417463A, CN 13888307A и т.д., во всех из которых предлагается выполнение модификации на основе первоначальных двигателей внутреннего сгорания без изменения первоначальной конструкции, при котором рабочий ход поршня увеличивается посредством уменьшения количества потребляемого топлива или посредством увеличения рабочего объема цилиндра таким образом, чтобы достигать эффект экономии топлива, причем способ уменьшения потребления включает в себя: (1) выполнение рабочей операции регулирования расхода с помощью дросселя; (2) выполнение рабочей операции закрытия клапана потребления с опережением в процессе потребления; (3) выполнение рабочей операции посредством открытия выпускного клапана в начале рабочего хода сжатия и закрытия выпускного клапана после того, как выпускается воздух и т.д.

Эти технические решения теоретически могут экономить топливо по той причине, что после уменьшения количества потребления в цилиндр, иначе говоря, при уменьшении рабочих веществ в цилиндре в начале этапа работы (т.е. при поддержании первоначальных величин температуры и давления) при рабочем этапе постоянного объема и при последующем этапе работы (желательном для получения каскада усиления, теоретически на этом этапе имеется 30-35% тепловой энергии в газе сгорания), в наличии имеется большое количество тепловой энергии в газе цилиндра, и вопрос состоит в реализации степени, до которой тепловая энергия весьма уменьшается, а работа действительно может быть получена весьма малой (только в том случае, если принимаются к использованию средства для способствования этой степени). Ключевой точкой в этом является то, что суммарная теплота также уменьшается после уменьшения рабочего вещества, входящего в цилиндр, и область рассеивания в цилиндре уменьшается, способность к рассеиванию теплоты относительно увеличивается, хотя имеется давление в газе, находящемся в цилиндре, охлаждаемом рубашкой водяного охлаждения, двигатель не может работать эффективно, работа, полученная теоретически с помощью увеличенного рабочего хода, противодействует механическим потерям, особенно в случае большой скорости вращения вала и высокого коэффициента полезного действия при рабочем условии, а затем отрицательная работа превышает по своей величине положительную, и последняя является более уменьшенной, чем получаемые выигрыши. Следовательно является неадекватной простая зависимость от уменьшения количества потребления или увеличения рабочего хода поршня, таким образом усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания неизбежно приводит к уменьшению мощности и к потере практической ценности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в использовании газа с малой степенью сгорания, который содержит большое количество тепловой энергии для дополнительной работы при расширении, иначе говоря, для работы при продолженном расширении. Условие наличия продолженного расширения обеспечивает не только выполнение работы при продолженном расширении, но и улучшает качество газа сгорания, который содержит большое количество тепловой энергии, устанавливает режим термодинамического цикла, согласованного с потребностью в работе с продолженным расширением. При этом потеря на охлаждение и потеря при выхлопе в процессе преобразования тепловой энергии могут уменьшаться, и таким образом увеличивается тепловой коэффициент полезного действия.

Изобретением предусматривается создание совершенно нового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, который работает в режиме продолженного расширения при выхлопе с низкой температурой. В предлагаемом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания с продолженным расширением степень сжатия намного увеличена для создания повышенных величин температуры и давления, и в соответствии со степенью продолженного расширения, которая может быть достигнута эффективным рабочим давлением, рабочий объем цилиндра выбран так, чтобы он был больше, чем объем наполнения V2. Тепловая энергия, оставшаяся после работы газа сгорания при постоянном объеме, может быть полностью использована для дополнительной работы при наличии адиабатического условия. Изобретение заключается в распространении и разработке рабочего принципа существующего четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, причем средства для повышения теплового коэффициента полезного действия включают в себя:

1. увеличение степени сжатия, запаздывание зажигания и впрыска топлива, получение наивысшей температуры сгорания и давления при 10-20° после верхней мертвой точки, при использовании угла, равного около 15°, с целью получения наилучшего результата;

2. дополнительную работу при адиабатном условии посредством использования тепловой энергии выхлопного газа, иначе говоря, при работе с продолженным расширением;

3. небольшую рубашку для незначительного водяного охлаждения, смонтированную на камере сгорания и в верхней части цилиндра, тогда как нижняя часть цилиндра не предусмотрена с рубашкой водяного охлаждения, но скорее имеет теплоизолирующее средство для уменьшения тепловой потери в процессе работы при расширении для увеличения рабочего эффекта продолженного расширения;

4. уменьшение диаметра клапана потребления, увеличение диаметра выпускного клапана в ограниченном пространстве для уменьшения угла опережения выхлопа (диаметр всего клапана потребления больше, чем диаметр выпускного клапана в существующем двигателе внутреннего сгорания) для увеличения рабочего хода при работе с продолженным расширением.

Цель изобретения достигается в соответствии со следующим техническим решением.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненный в соответствии с изобретением, включает в себя цилиндр и поршень, при этом: степень сжатия в объеме наполнения, которая соответствует требуемой мощности, поддерживается при давлении, изменяющемся в пределах от 1,8 до 5 МПа в конце рабочего хода сжатия для создания условия увеличения температуры сгорания и давления. Согласно степени продолженного расширения, которая может быть достигнута эффективным рабочим давлением, рабочий объем цилиндра выбран большим, чем объем наполнения. Тепловая энергия, оставшаяся после работы расширения при постоянном объеме газа сгорания, может быть использована для дополнительного расширения при адиабатном условии для создания рабочего условия при продолженном расширении.

Дополнительно имеются средства для компенсации переменной степени сжатия/ уровня постоянного объема для поддержания уровня постоянного объема и степени сжатия, которые не падают при запаздывании зажигания таким образом, что наивысшие величины температуры сгорания и давления существуют при угле в пределах от 10 до 20° после прохода верхней мертвой точки (S). Указанные средства для компенсации переменной степени сжатия/ уровня постоянного объема содержат поршень компенсации, причем указанный поршень компенсации может передвигаться вверх и вниз в камере компенсации, которая сообщена с камерой сгорания.

Рубашка водяного охлаждения смонтирована на камере сгорания и на верхней части цилиндра, тогда как нижняя часть цилиндра не предусмотрена с рубашкой водяного охлаждения, но скорее с теплоизолирующим средством. Диаметр выпускного клапана больше, чем диаметр клапана потребления.

В настоящем изобретении объем V2 наполнения, который удовлетворяет наличию потребной мощности, поддерживается при давлении, находящемся в пределах от 1,8 до 5,0 МПа в конце рабочего хода сжатия, для создания условия наличия увеличенных температуры сгорания и давления, время зажигания должно запаздывать для того, чтобы допускать наличие наивысших величин температуры сгорания и давления при угле, находящемся в пределах 10-20° после прохода верхней мертвой точки; согласно степени продолженного расширения, которая может быть достигнута эффективным рабочим давлением, выбран рабочий объем V цилиндра, тепловая энергия, оставшаяся после работы расширения при постоянном объеме газа сгорания, может быть использована для дополнительного расширения при адиабатном условии для создания рабочего условия при продолженном расширении.

Указанный объем V2 впуска должен быть объемом наполнения, который удовлетворяет наличию потребной мощности, причем с помощью объема V2 достигается наличие максимального объема наполнения при учете циркуляции через площадь поперечного сечения коллектора, выпускного клапана и клапана потребления.

Указанное увеличение степени сжатия на один порядок выше, чем степень сжатия существующего двигателя внутреннего сгорания, что является важным условием для достижения работы с продолженным расширением согласно изобретению.

Указанные средства для компенсации переменной степени сжатия/уровня постоянного объема предназначены для гарантирования запаздывания зажигания и не уменьшают уровень постоянного объема, допускают наличие наивысших по своей величине температуры сгорания и давления, которые имеются при угле, находящемся в пределах от 10 до 20° за верхней мертвой точкой и, например, равном 15°, при наилучшем рабочем времени, причем это средство основательно разрешает противоречие между увеличенной степенью сжатия и инициированием явления детонации и противоречие между запаздыванием зажигания и уменьшением уровня постоянного объема.

Указанные увеличение диаметра выпускного клапана, уменьшение диаметра клапана потребления, уменьшение угла опережения выхлопа и увеличение рабочего хода являются составной частью работы при продолженном расширении согласно изобретению.

Небольшая рубашка водяного охлаждения установлена на камере сгорания и верхней части цилиндра, тогда как нижняя часть цилиндра не предусмотрена с рубашкой водяного охлаждения, но скорее с теплоизолирующим средством четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением для устранения тепловой потери в процессе работы с продолженным расширением, и это является техническим средством для увеличения эффекта от работы при продолженном расширении.

Среди четырехтактных двигателей внутреннего сгорания с продолженным расширением имеются двигатели внутреннего сгорания с электрическим зажиганием и двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Теоретический рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех тактов потребления, сжатия и работы при продолженном расширении.

Если указанный двигатель внутреннего сгорания имеет электрическое зажигание, степень сжатия газа является такой, что достигается давление, находящееся в диапазоне от 1,8 до 3,0 МПа, когда указанный поршень достигает положения верхней мертвой точки.

Угол закрытия клапана потребления находится в пределах от 10 до 20° перед нижней мертвой точкой при угловом цикле вращения коленчатого вала в пределах от нуля до 360°; угол открытия выпускного клапана потребления находится в пределах от 15 до 25° перед нижней мертвой точкой при угловом цикле вращения коленчатого вала в пределах от 360 до 720°.

Если указанный двигатель внутреннего сгорания имеет воспламенение от сжатия, степень сжатия газа является такой, что достигается давление, находящееся в диапазоне от 3,0 до 5,0 МПа, когда указанный поршень достигает положения верхней мертвой точки.

Угол закрытия клапана потребления находится в пределах от 10 до 20° перед нижней мертвой точкой при угловом цикле вращения коленчатого вала в пределах от нуля до 360°; угол открытия выпускного клапана потребления находится в пределах от 15 до 25° перед нижней мертвой точкой при угловом цикле вращения коленчатого вала в пределах от 360 до 720°.

Указанный объем наполнения определяется величиной V2 при удовлетворении им условия наличия требуемой мощности, степень сжатия изменяется в пределах от 1,8 до 5,0 МПа, температура и давление, величины которых больше, чем те, которые имеются у существующего двигателя внутреннего сгорания, получаются при угле, равном 10-20° позади верхней мертвой точки после зажигания для сгорания, работа расширения при постоянном объеме в допускаемом пространстве завершается, когда газ сгорания толкает поршень до отметки, соответствующей величине V2, температура и давление газа в цилиндре соответственно равны температуре и давлению выхлопа, когда завершает работу существующий двигатель внутреннего сгорания, следовательно, рабочий ход поршня является тем, который существует при продолженном расширении при использовании малого количества тепловой энергии и при условии наличия тепловой изоляции. Например, рабочий объем цилиндра в два раза больше постоянного объема наполнения, когда поршень движется вниз до одной половины рабочего объема после зажигания для сгорания, температура газа, находящегося в цилиндре, равна той ее величине, при которой объем наполнения завершает работу расширения при постоянном объеме, и другая половина рабочего хода поршня на порядок больше рабочего хода при продолженном расширении при условии наличия тепловой изоляции; если рабочий объем цилиндра в три раза превышает по своей величине постоянный объем наполнения, может быть достигнут удвоенный рабочий ход при продолженном расширении. Следовательно, чем выше степень сжатия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания при продолженном расширении, чем длиннее рабочий ход при этом продолженном расширении, чем больше сохранение теплоты и чем лучше средство для тепловой изоляции, тем ниже температура выхлопа, и может быть больше получаемый выигрыш.

Проект четырехтактного двигателя внутреннего сгорания при продолженном расширении должен основываться на объеме V2, который соответствует наличию требуемой мощности и степени продолженного расширения, причем рабочий объем цилиндра выбирается таким образом, чтобы он в 2 раза превышал по своей величине объем продолженного расширения, тогда получается, что V=V2X3.

Изобретением должно определяться проектирование цилиндра, поршня, рубашки водяного охлаждения, системы газового распределения, камеры сгорания, системы клапанов, клапана потребления, выпускного клапана, дросселя устройства электрического зажигания, коллектора потребления, выхлопного коллектора, средств запаздывания/опережения автоматического зажигания или впрыска топлива, средства для компенсации переменной степени сжатия/уровня постоянного объема в соответствии с принципом работы при продолженном расширении для удовлетворения технического требования осуществления такой работы.

Преимущество изобретения заключается в следующем.

1. Намного увеличивается степень сжатия, и могут получаться увеличенные значения температуры сгорания и давления. Осуществляется работа при продолженном расширении и малой температуре выхлопа при наличии того, что условие теплового изолирования является существенным для увеличения работы. Для повышения теплового коэффициента полезного действия используется тепловая энергия, остающаяся после работы газа сгорания при постоянном объеме для осуществления дополнительной работы, и может быть получен увеличенный выигрыш; увеличение тепловой энергии предназначено не только для уменьшения расхода топлива, приходящегося на единицу измерения работы, но также для уменьшения выхлопа, приходящегося на единицу измерения работы.

2. При значительном увеличении степени сжатия увеличиваются вырабатываемая мощность и коэффициент полезного действия. Изобретение заключается в установлении взаимосвязи блока управления двигателем (на чертежах не показан) с управлением или с опережением/запаздыванием зажигания или впрыска топлива в масштабе реального времени для устранения причин, вызывающих явление детонации, когда работа осуществляется в условиях наличия малой скорости вращения вала и тяжелой нагрузки, время зажигания должно запаздывать за верхнюю мертвую точку Изобретение направлено на достижение зависимости запаздывания зажигания или впрыска топлива для устранения явления детонации и на создание средства компенсации уровня постоянного объема с целью компенсации его степени после запаздывания зажигания, на получение увеличенных величин температуры сгорания и давления при угле, находящемся в пределах от 10 до 20° позади верхней мертвой точки, следовательно, будет отсутствовать влияние на конструкционную прочность, и работа двигателя не будет бесконтрольной.

3. Небольшая рубашка водяного охлаждения установлена на камере сгорания и на верхней части цилиндра, тогда как нижняя часть цилиндра не предусмотрена с рубашкой водяного охлаждения, но скорее с теплоизолирующим средством для устранения тепловой потери в процессе работы газа сгорания при продолженном расширении, увеличения эффекта от работы при продолженном расширении и для установления системы термодинамического цикла, которая согласуется с принципом работы при продолженном расширении.

4. Диаметр клапана потребления может быть увеличен, и диаметр клапана потребления может быть уменьшен при ограниченном пространстве, определяемом диаметром цилиндра, целями изобретения являются уменьшение угла опережения при выхлопе до величины, меньшей, чем 25°, и увеличение рабочего хода при работе с продолженным расширением. (Угол опережения при выхлопе у существующего двигателя внутреннего сгорания находится в пределах от 50 до 60°, а теплота, теряемая при выхлопе, заранее составляет 40% от суммарных потерь при выхлопе),

Таким образом, при способе, разработанном в соответствии с изобретением, могут: выполняться работа при продолженном расширении, увеличиваться степень сжатия, осуществляться запаздывание зажигания по времени, применяться средство тепловой изоляции, уменьшаться тепловые потери в процессе расширения, уменьшаться угол опережения при выхлопе, что в результате приводит к росту теплового коэффициента полезного действия, экономии топлива и уменьшению выхлопных газов.

ОПИСАНИЕ СОПРОВОДИТЕЛЬНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чертеж, изображенный на фиг.1, представляет собой схему четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Чертеж, показанный на фиг.2, иллюстрирует рабочий цикл нагрузки четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Чертеж, изображенный на фиг.3, представляет собой схему моментов впуска топлива через клапаны четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Чертеж, показанный на фиг.4, является схемой средства для компенсации переменной степени сжатия/уровня постоянного объема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Чертеж, изображенный на фиг.5, представляет собой схему рабочих фаз компенсирующего кулачка средства для компенсации переменной степени сжатия/уровня постоянного объема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Чертеж, показанный на фиг. 6, является схемой расположения рубашки водяного охлаждения и теплоизолирующего средства четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением.

Перечень наименований деталей и обозначений на чертежах:

1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - клапан потребления; 4 - выпускной клапан; 5 -камера сгорания; 6 - рубашка водяного охлаждения; 7 - теплоизолирующее средство; 8 - камера компенсации; 9 - поршень компенсации; 10 - возвратная пружина; 11 - компенсирующий кулачок; V- рабочий объем цилиндра; V1 - объем камеры сгорания; V2 - объем наполнения; S - верхняя мертвая точка; Х - нижняя мертвая точка; α - угол открытия клапана 3 потребления (угол опережения потребления); α₁ - угол закрытия клапана 3 потребления; β - угол открытия выпускного клапана 4 (угол опережения выхлопа); β₁ - угол закрытия выпускного клапана 4; δ₁ - угол, при котором поршень компенсации начинает движение в верхнем направлении; δ₂ - угол, при котором поршень компенсации начинает движение в нижнем направлении.

СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В качестве примера будет описан четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с продолженным расширением.

Пример 1. Модифицирование существующего двигателя внутреннего сгорания с помощью способа уменьшения количества потребления

В примере фаза потребления была изменена посредством использования способа изменения контура кулачка потребления и фазового угла для того, чтобы закрывать клапан потребления при опережении на угол, равный 50 градусам перед нижней мертвой точкой. Это может уменьшить количество потребления на 35%. Теоретически это увеличивает на 35% рабочий ход посредством соответственного уменьшения на 35% объема камеры сгорания и поддержания первоначальной степени сжатия. При фазе выхлопа поддерживались при первоначальном условии диаметр клапана потребления, диаметр выпускного клапана, время зажигания и рубашка водяного охлаждения, а изобретение реализовывалось у двигателя внутреннего сгорания с электрическим зажиганием.

Двигатель внутреннего сгорания устанавливался в легковом автомобиле, и проводился эксперимент при пробеге ста километров при постоянной скорости расходования топлива. При одном и том же условии температура воды охлаждения была на 10 градусов Цельсия меньше, чем у воды охлаждения перед модифицированием. В случае пробега 100 километров с постоянной скоростью (60 км/ч) расход топлива уменьшался примерно на 28%, и эффект экономии топлива был очевиден.

Выполнялось стендовое испытание двигателя внутреннего сгорания, и условия проведения эксперимента были следующими: по сравнению с предшествующими условиями испытаний были модифицированы измеритель расхода топлива, измеритель скорости вращения вала и динамометр, при этом результаты проведения стендового испытания были следующими: мощность уменьшилась на 32%, причем согласно кривой функциональной зависимости на графике расход топлива уменьшился на 15% при уменьшенной скорости, он был почти одним и тем же при средней скорости, а при большой скорости расход топлива увеличивался на 8%.

Согласно результату испытания в случае эксперимента при постоянной скорости и в случае примера выполнения стендового испытания, снижение расхода топлива на 28% при постоянной скорости уменьшало мощность, что свойственно режиму использования уменьшения мощности, хотя условие испытания заключалось в сохранении скорости вращения постоянной. Причина уменьшения мощности состояла в том, что запас мощности перед модификацией был высоким по своей величине, мощность уменьшалась после модификации. Величина расхода топлива снижалась из-за небольшого запаса мощности. Наряду с этим причина уменьшения температуры воды заключалась в том, что уменьшалось количество веществ при рабочем сгорании, уменьшалась суммарная теплота и уменьшалась область изменения коэффициента тепловой эмиссии. Двигатель внутреннего сгорания модифицировался по способу уменьшения количества потребления. В примере он имел очевидный эффект экономии топлива при пониженной скорости вращения вала, при этом механические потери увеличивались при высокой вращательной скорости, уменьшалось осредненное эффективное избыточное давление, действующее на поршень. При последующем этапе работы в наличии имелось давление в цилиндре, но оно было недостаточным для того, чтобы толкать поршень для эффективной его работы, и желаемая экономия топлива не могла достигаться. В действительности, в примере особенность работы заключалась в количественном уменьшении величины потребления первоначального двигателя внутреннего сгорания, в количественном увеличении степени сжатия, в поддержании степени сжатия количества среды, соответствующего работе, когда вырабатывается малая и средняя мощность перед модификацией (количество среды потребления было уменьшено) и в относительном увеличении коэффициента сжатия, следовательно, повышался тепловой коэффициент полезного действия при средней и малой мощности.

На чертеже, показанном на фиг.1, представлена схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением, включающего в себя цилиндр 1 и поршень 2, при этом у двигателя степень сжатия объема наполнения V2, которая соответствует требуемой мощности, поддерживается при давлении, изменяющемся в пределах от 1,8 до 5 МПа в конце рабочего хода сжатия для создания условия увеличения температуры сгорания и давления; согласно степени продолженного расширения, которая может быть достигнута эффективным рабочим давлением, рабочий объем V цилиндра выбран большим, чем объем (V2) наполнения, тепловая энергия, оставшаяся после работы расширения при постоянном объеме газа сгорания, может быть использована для дополнительного расширения при адиабатном условии для создания рабочего условия при продолженном расширении под действием падения температуры при продолженном расширении без падения температуры в связи с охлаждением.

Обращая внимание на чертеж, показанный на фиг.2, можно видеть, что им иллюстрируется рабочий цикл нагрузки четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с продолженным расширением, выполненного в соответствии с изобретением. Рабочий цикл имеет четыре рабочих хода потребления, сжатия, рабочего сгорания (включая рабочее расширение при постоянном объеме и рабочее продолженное расширение) и выхлопа, и теоретически рабочий цикл завершается при каждом обороте коленчатого вала, на угол, изменяющийся в пределах от нуля до 720 градусов.

Рабочий ход потребления и сжатия завершается при обороте коленчатого вала на угол, изменяющийся от нуля до 360 градусов.

Рабочий ход потребления. Рабочий ход потребления - это такой ход, при котором поршень 2 движется от верхней мертвой точки S до нижней мертвой точки X. Рабочий объем V цилиндра должен быть в три раза больше, чем объем V2 наполнения (а именно: в два раза увеличиваться при продолженном расширении).

Обращая внимание на чертеж, показанный на фиг.3, можно видеть, что объем V2 наполнения - это тот объем, при котором объем потребления занимает пространство в цилиндре при атмосферном давлении. Максимальный объем потребления через поперечное сечение циркуляции, выбранное при спроектированных коллекторе потребления, выпускном клапане и клапане потребления, является объемом V2, который удовлетворяет условию наличия требуемой мощности, при этом рабочий ход потребления, при котором достигается объем V2 наполнения, заканчивается при угле закрытия α₁, находящемся в пределах от 10 до 20 градусов впереди нижней мертвой точки. Цель заключается в достижении угла близости к мертвой нижней точке Х (угла, почти равного 180 градусам), когда завершается потребление, например, д