Спосіб отримання позитивної роботи циклу кривошипно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно ізольованим циліндром

Спосіб отримання позитивної роботи циклу кривовшино-шатунного механізму двигуна з термодинамічно ізольованим циліндром, в якому обертають вихідний вал навколо своєї осі, при цьому, поступально, по замкнутій лінії переміщують вісь робочої шийки, кінематично зв'язаної з вихідним валом, крім того, циклічно стискаютьрозширюють поршнем, кінематично зв’язаним з робочою шийкою, робоче тіло-газ в циліндрі, при цьому, при стисканні робочого тіла зменшують 35775 ту позитивні. Величина роботи на кривошипному валу за рахунок сил від тиску робочого тіла в циліндрі на незалежно вибраному участку dj дорівнює площі обмеженій лінією a, лінією нульового моментe, межами інтервалe dj. Робота може мати негативні значення, якщо площа розміщена нижче лінії нульового моменту, і робота може мати позитивні значення, якщо площа розміщена вище лінії нульового моменту. При негативних значеннях роботи частина кінетичної енергії механізму переходить у внутрішню енергію робочого тіла в циліндрі, при цьому (на такті стискання) поршень під час свого руху стискає робоче тіло, його швидкість направлена в сторону, протилежну напряму сил від тиску робочого тіла в циліндрі, діючих на поршень, що викликає зменшення швидкості поршня (і механізму), а внаслідок стискання робочого тіла в циліндрі, його тиск і температура збільшуються. При позитивних значеннях роботи частина внутрішньої енергії робочого тіла в циліндрі переходить в кінетичну енергію механизму, при цьому (на такті розширення) поршень під час свого руху розширює робоче тіло в циліндрі, його швидкість направлена в сторону напряму сил від тиску робочого тіла в циліндрі, діючих на поршень, що викликає збільшення швидкості поршня (і механизму), а внаслідок розширення робочого тіла в циліндрі, його тиск і температура зменшуються. Робота циклу представляє собою алгебраїчну суму робіт всі х участків циклу, і для відомого кривошипно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно-ізольованим циліндром робота циклу дорівнює нулю - площа під участком лінії a з негативними значеннями моменту, дорівнює площі під участком лінії a з позитивними значеннями моменту. Н ульова робота циклу отримана тому, що лінія a має центральну симетрію відносно точки НМТ з координатами: j = 0, М = 0 (або точки ВМТ з координатами: j = p, М = 0). Це виникає тому, що величина моменту залежить від величини проекції радіуса-вектора ексцентриситета осі робочої шийки на площину, перпендикулярну осі циліндра, яка залежить від величини кута повлроту кривошипного вала відносно НМТ (або ВМТ), і величина моменту залежить від величини сил від тиску робочого тіла в циліндрі, яка, в свою чергу, залежить від кута поворота кривошипного вала відносно НМТ (або ВМТ). Однак нульова або негативна робота циклу не представляє практичного інтересу. Тільки позитивна робота циклу представляє практичний інтерес, що дозволить роботу, вироблену двигуном, передати споживачу механічної енергії - технологічній машині або рушію транспортного засобу. В діючий час позитивна робота циклу забезпечується збільшенням площі під участком лінії b з позитивними значеннями моменту, способом, в якому спалюють пальне в циліндрі в районі ВМТ, і викидають відпрацвовані гази з циліндра і наповнюють циліндр повітряним зарядом в районі НМТ, у циклі двигуна внутрішнього згорання (дивитись додаткові матеріали). Крім того, в діючий час позитивна робота циклу забезпечується зменшенням площі під участком лінії g з негативними значеннями моменту, способом, в якому викидають робоче тіло з циліндра в районі НМТ і подають нову порцію робочого тіла в циліндр в районі ВМТ, в циклі двигуна зовнішнього згорання або парової машини (дивитись додаткові матеріали). Так як значення моменту залежні від сил тиску робочого тіла в циліндрі, і залежні від величини проекції радіуса-вектора траєкторії руху осі робочої шийки на площину перпендикулярну осі циліндра, існують: - спосіб отримання позитивної роботи циклу за рахунок зміни сил від тиску робочого тіла в циліндрі, він в діючий час реалізований, і в існуючих двигуна х внутрішнього і зовнішнього згорання шляхом спалювання палива і ними отримана технічна межа ефективності; - і (теоретично) спосіб отримання позитивної роботи циклу за рахунок зміни довжини проекції радіуса-вектора траєкторії руху осі робочої шійки (він в дійсний час нереалізований). Недоліком способу отримання позитивної роботи циклу кривошипно-шатунного механізму двигуна зовнішнього або внутрішнього згорання - протитипу є те, що він у своєму розвитку вже досяг технічної межі своєї ефективності (по показниках: розходу палива на одиницю потужності, вартості виробленої одиниці потужності, викиду шкідливих хімічних речовин на одиницю виробленої потужності, вартості нейтралізації шкідливих речовин на одиницю викинутих шкідливих хімічних речовин при роботі), що не дозволяє далі збільшувати показники ефективності. В основу винаходу поставлено задачу здійснення способу отримання позитивної роботи циклу кривошипно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно-ізольованим циліндром, в котрому: обертають вихідний вал навколо своєї осі, при цьому переміщують вісь робочої шийки, кінематично зв'язану з вихідним валом, а також циклічно стискають-розширюють поршнем, кінематично зв'язаним з робочою шийкою, робоче тіло-газ в циліндрі, завдяки переміщенню осі робочої шийки по лінії складеній з двох половин двох еліпсів, у котрих довжина по великій осі у меншого дорвнює довжині по малій осі у більшого (або двох частин двох овалів), в результаті чого отримують лінію – симетричний (або асиметричний) овал яйцевидної форми, причому стискабть робоче тіло при русі осі робочої шийки по меншому еліпсу (або овалу), а розширюють робоче тіло при русі осі робочої шийки по більшому еліпсу (або овалу), забезпечується зменшення роботи стискання і збільшення роботи розширення, в результаті чого, отримують позитивну роботу циклу, і за рахунок цього, необмежено збільшують автономність енергоустановки і технологячної машини або транспортного засобу, на котрий вона встановлена, а також виключають відсутністю палива вибухо-пожежонебезпечність енергоустановки і виключають відсутністю продугтів згорання при роботі енергоустановки негативну екологічну дію на навколишнє середовище. Поставлена задача вирішується способом отримання позитивної роботи циклу кривошипношатунного механізму двигуна з термодинамічно ізольованим циліндром, в якому: обертають вихідний вал навколо своєї осі, при цьому, поступально по замкнутій лінії переміщують вісь робочої шийки, кінематично зв’язану з вихідним валом, крім того, 2 35775 циклічно стискають-розширюють поршнем, кінематично св’язаним з робочою шийкою, робоче тілогаз в циліндрі, при цьому, при стисканні робочого тіла зменшують кінетичну енергію кривошипношатунного механізму, приростом якої збілльшують внутрішню енергію робочого тіла, а при розширенні робочого тіла, зменшують внутрішню енергію робочого тіла, приростом якої збільшують кінетичну енергію кривошипно-шатунного механізму, стосовно винаходу переміщують вісь робочої шийки по лінії, складеній з двох половин двох еліпсів, у котрих довжина по великій осі у меншого дорівнює довжині по малій осі у більшого (або двох частин двох о валів), в результаті чого, о тримують лінію – симетричний (або асиметричний) овал яйцевидної форми, причому, стискають робоче тіло при русі осі робочої шийки по меншому еліпсу (або овалу), а розширюють робоче тіло при русі осі робочої шийки по більшому еліпсу (або овалу). Винахід пояснюється малюнками, на котрих показані: на фіг. 1 - траєкторія руху осі робочої шийки; на фіг. 2 - кривошипно-шатунний механізм двигуна; на фіг. 3 - діаграма крутного моменту на вихідному валу по куту повороту вала. Спосіб отримання позитивної роботи циклу кривошипно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно ізольованим циліндром реалізується в представленому кривошипно-шатунному механізмі двигуна. Кривошипно-шатунний механізм двигуна містить (дивитись фіг. 2) циліндр, в склад якого включені: циліндрова втулка 1, закрита з одного боку головкою циліндра 2, закрита з другого боку поршнем 3, він розміщений в циліндровій втулці 1, внутрішній об'єм циліндра обмежений елементами 1, 2, 3, заповнений робочим тілом-газом 4, в бобишки поршня 3 посаджений поршневий палець 5, вісь поршневого пальця 5 паралельна лінії, перпендикулярній осі циліндрової втулки 1, на поршневий палець 5 одіта поршнева головка першого шатуна 6, кривошипна шийка 7 паралельна осі поршневого пальця 5, механізм руху робочої шийки 7 містить: перший кривошипний вал-8, другий кривошипний вал-9, траверсу-10, другий-шатун-11, повзун-12, третій шатун-13, перший кривошипний вал-8, виконаний з двома корінними шийками, між котрими розміщені три шатунні шийки, причому дві крайні шатунні шийки розміщені соосно, вісь середньої шатунної шийки розмішена в площині, проведеній через вісь корінних шийок і вісь крайніх шатунних шийок, причому ексцентриситет осі середньої шатунної шийки більший ексцентриситета осі крайніх шатунних шийок, другий кривошипний вал-8, виконаний з двома корінними шийками, між котрими шатунна шийка, причому ексцентриситет осі шатунної шийки дорівнює ексцентриситету осі крайніх шатунних шийок першого кривошипного вала-8, осі першого-8 і другого-9 кривошипних валів розміщені паралельно осі робочої шийки-7, крайні шатунні шийки першого кривошипного вала8 з'єднані з шатунною шийкою другого кривошипного вала-9 траверсою-10, з можливістю обертання першого-8 і другого-9 кривошипних валів навколо своїх осей з однаковою кутовою швидкістю в однакових фазах обертання, одночасно с плоско паралельним переміщенням траверси-10 по колу, на середню шатунну шийку першого кривошипного вала-8 одіта одна головка другого шатуна-11, друга головка другого шатуна-11 одіта на палець повзуна-12, повзун-12 посаджений в направляючі траверси-10, вісь пальця повзуна-12 паралельна осі робочої шийки-7, на палець повзуна-12 одіта одна головка третього шатуна-13, друга головка третього шатуна-13 одіта на робочу шийку-7, яка посаджена в направляючі траверси-10, з можливістю зворотно-поступального переміщення поршня-3 в циліндровій втулці-1 з зміною об'єму робочого тіла-4 в циліндрі-1,2,3. з зміною сил від тиску робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3, прикладених до поршня-3, одночасно з коливальним поворотом першого шатуна-6 навколо осі поршневого пальця-5, одночасно з зворотно-поступальним переміщенням повзуна-12 відносно траверси-10 по напряму, паралельному осі циліндрової втулки1, одночасно з коливальним поворотом другого шатуна-11 навколо осі пальця повзуна-12, одночасно з зворотно-поступальним переміщенням робочої шийки-7 відносно траверси-10 по напряму, перпендикулярному осі циліндрової втулки-1 в площині, перпендикулярній осі робочої шийки-7, одночасно з обертанням кривошипних валів-8, 9, одночасно з плоско-паралельним переміщенням траверси-10 по колу, з нагруженням поршня-5 силами тиску робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3, переданими через поршневий палець-5, перший шатун-6, робочій шийці-7, а від робочої шийки-7 через третій шатун-13, повзун-12, другий шатун-11, траверсу-10, другий кривошипний вал-9 першому кривошипному валу-8, який відповідний вихідному валу, крім цього в головці циліндра-2 розміщений клапан-14. Кривошипно-шатунний механізм двигуна працює аналогічно відомому кривошипно-шатунному механізму двигуна, але відрізнено від прототипу робоча шийка-7 здійснює складний рух: переносний, разом з траверсою-10 плоско-паралельне переміщення по колу, і відносний, зворотнопоступальне переміщення відносно траверси-10, за рахунок зміни проекції довжини третього шатуна-13 на площину, перпендикулярну осі циліндрової втулки-1, завдяки зворотнопоступальному переміщенню ловзуна-12 по напряму, паралельному осі циліндрової втулки-1, котре залежить, в свою чергу, від зміни проекції довжини другого шатуна-11 на площину, паралельну осі циліндрової втулки-1, яка також, в свою чергу, залежить від обертання середньої шатунної шийки першого кривошипного вала-8 відносно траверси-10. Таким чином траєкторія руху осі робочої шийки-7 складена з двох половин двух еліпсів, у котрих довжина по більшій осі у меншого дорівнює довжині по малій осі у більшого (або двох частин двох овалів), в результаті чого отриманий симетричний (або несиметричний) овал яйцевидної форми (дивитись фіг. 1). В результаті цього, проекція радіуса-вектора осі робочої шийки7 на площину, перпендикулярну осі циліндрової втулки-1, по відношенню до проекції радіусавектора осі відповідної шийки у відомого кривошипно-шатунного механізму двигуна на участку меншого еліпсу (або овалу) має меншу довжину, а на участку більшого еліпсу (або овалу) має більшу 3 35775 довжину. Якщо по меншому еліпсу (або овалу) руху осі робочої шийки-7 здійснене стискання робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3, а розширення робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3 здійснене по більшому еліпсу (або овалу), то робота стискання буде менша, а робота розширення буде більша ніж робота стискання і розширення відомого кривошипно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно-ізольованим циліндром (дивитись фіг. 3). Тоді кривошипно-шатунний механізм двигуна на такті стискання віддасть менше кінетичної eнepгії, а на такті розширення отримає більше кінетичної енергії ніж відповідний відомий кривошипношатунний механізм двигуна, що визве збільшення середньої швидкості робочої шийки-7 і всього кривошипно-шатунного механізму двигуна після кожного циклу. При цьому, частина кінетичної енергії може бути використана для передачі споживачу механічної енергії, Регулювання виробляємої потужності можна здійснити зміною кількості робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3 завдяки відкриттю клапана-14, в результаті чого частина робочого тіла-4 буде витікати з циліндра-1, 2, 3. Це зменшить тиск робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3, зменшує сили від тиску робочого тіла-4 в циліндрі-1, 2, 3 і роботу циклу. При обертанні кривошипних валів-8, 9 в протилежний бік, кривошилно-шатунний механізм двигуна виступає споживачем механічної енергії. Представлений кривошипно-шатунний механізм двигуна може розглядатися як відсік багатоциліндрового рядного двигуна, при цьому, кривошипні вали, які мають відповідну кількість шийок для всіх відсіків будуть загальними. Представлений спосіб отримання позитивної роботи циклу кривошилно-шатунного механізму двигуна з термодинамічно-ізольованим циліндром може бути реалізований не тільки в представленому кривошипно-шатунному механізму двигуна. Техніко-економічний ефект від використання винаходу складає в розширенні технічних можливостей кривошипно-шатунного механізму двигуна, що необмежено збільшить автономність енергоустановки і технологічної машини чи транспортного засобу, на котрій (котрому) він встановлений, а також підвищить ефективність, крім того, виключить вибухо-пожежонебезпечність енергоустановки, і виключить негативну екологічну дію енергоустановки на навколишнє середовище. Фіг. 1 Фіг. 2 4 35775 Фіг. 3 Фіг. 4 5 35775 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6