Розглядається вплив крівошіпношатунного механізму на коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння.

Influence is examined crank-type piston-rod mechanism on an output-input of combustion engine ratio.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: коефіцієнт корисної дії, крівошіпношатунний механізм, що крутить момент, колінчастий вал двигуна, поршень, кривошип, гвинтова лінія.

У термодинаміці робота газів циклу розглядається без взаємозв'язку з крівошіпношатунний механізмом (КШМ) / 1 /. Зокрема, тому коефіцієнт корисної дії (ККД) реального двигуна значно нижче термодинамічної ККД циклу двигуна.

Дійсно при визначенні корисної роботи газів з переміщення поршня вважається, що вся вона перетворюється на роботу обертання колінчастого вала двигуна. Насправді це не так. Сила , прикладена до кривошипа колінчастого валу і створює обертовий момент за робочий хід поршня змінюється від нуля до свого максимального значенняі далі знову зменшується до нуля. Визначимо від яких параметрів залежить ця сила, Що створює обертовий момент. Розглянемо схему сил, що діють в КШМ (рис.1) / 2 /. Зі схеми сил визначаємо, що

                                        (1)

де:- Сила, яка створює обертовий момент,

- Сила з якою тиснуть гази на поршень (сили інерції не

враховуємо),

- Складова сили тиску на поршень, діюча уздовж

шатуна,

- Кут відхилення шатуна від осі циліндра,

- Кут відхилення кривошипа від осі циліндра.

Перетворимо залежність (1) у функцію лише кута. Для цього використовуємо формулу тригонометричної функції суми кутів

 (2)

Поділивши ліву і праву частини формули (2) на отримаємо

        (3)

Звикористовуючи теорему синусів, отримаємо

                                (4)

де- Радіус кривошипа;

- Довжина шатуна.

Уявімояк

                                                                (5)

Або з урахуванням (4)

                        (6)

Підставивши значенняз (6) у вираз (3) і поклавши, що

остаточно отримаємо з урахуванням (1)

(7)

Якщо прийняти, що  то

        (8)

Де= 0°...180°.

З рис. 1 знайдемо залежність ходу поршнявід кута відхилення кривошипа

                                                (9)

або

                                                                                        (10)

Далі, для визначення ККД беремо індикаторну діаграму звичайного ДВС (рис.2). По ній визначаємо корисну роботу газів з переміщення поршня (заштрихована площа на рис.2). Користуючись залежностями (8) і (10) будуємо графіки функційі(Рис.3), де, - Сила, прикладена до кривошипа і створює крутячи момент на валу, асила, прикладена до кривошипа і створює момент опору навалу. Обидві ці залежності побудовані у функції від переміщення поршня ().

Корисна робота по обертанню колінчастого вала пропорційна площі замкнутої між кривимиі(На рис. 3, заштрихована). Розрахунки показали, що КШМ зменшує корисну індикаторну потужність двигуна на 8,2%, і узгоджується з даними / 2 /, де вказується, що частина індикаторної потужності (10-12%) йде на подолання опору тертя деталей і на приведення в дію допоміжних механізмів двигуна. Тільки левова частка цих втрат пов'язана з КШМ.

Відомий безшатунному механізм / З /. У ньому поршень переміщається кулькою і кільцевою канавкою на валу. Причому, площину кільцевої канавки нахилена до осі вала під кутом 45 °. Однак і він не дозволяє раціонально використовувати енергію газів, тому що кут нахилу самої канавки відрізняється від 45 °. Пропонується безшатунному механізм (див. рис. 4,5,6) в якому усунуто цей недолік. Кільцева канавка(Рис. 5) нового механізму складається з гвинтової лінії і її дзеркального відображення (кут розверткі лінійіскладає 45 °, рис.6). Переходиівід однієї гвинтової лінії до іншої згладжуються. Такий механізм дозволить на всьому ходу поршня передавати максимальний обертовий момент. На цей механізм подана заявка на винахід № а201105990 від 13.05.2011года. Заявка проходить експертизу в Українському інституті промислової власності.

Ось і відповідь на запитання автора статті «Коментарі до Статті« Чи настане ера безшатунніх двігунів внутрішнього згоряння »-... а чи треба взагалі займатися розвитком напряму безшатунному двигунів внутрішнього згоряння? Відповідь однозначна - ТРЕБА! І чим швидше тим краще.

Розроблений новітній паровий двигун відповідає всім основним вимогам:

1. відсутній такт стиснення, а значить і немає втрат на це;


2. відсутня КШМ, а значить і немає втрат потужності, пов'язаних з КШМ;

1. безшатунному механізм (не всі ще розкрито) дозволяє працювати двигуну в однотактним режимі;


2. просте обертальний рух;


3. безперервне горіння.

Ці ж переваги будуть і в двигунах внутрішнього згоряння на основі безшатунному механізму.

Література

1. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа. 1991. 376 с.


2. Б.М. Гельман, М.В. Москвин. Сільськогосподарські трактори і автомобілі В 2 кн. Пер.з рос. - К.: Урожай, 1990. Кн.1: Двигуни/Пер. з рос. І.І.Гогулі - 304с.


3. Федосеев В.Г. Двоступінчастий безклапанний компресор на основі планетарнопоршневого механізму.//Журнал «Винахідник і раціоналізатор»,2010. - № 5. - с. 14-15

Автор проживає за адресою:

Україна, Хмельницька обл. Летичівський р-н, с. Ставниця, вул.Леніна 14 / 2

Тел. +380970009127

Рис.1. Схема сил, що діють в КШМ

Рис.2. Індикаторна діаграма ДВЗ

Рис.3. Діаграма сил, що створюють обертальний момент і момент опору на валу ДВЗ

N