Лоханутый Отморозок : другие произведения.

Воздушный гибрид, как способ улучшения тяговых характеристик двигателя внутреннего сгорания

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Рассматривается комплекс взаимоувязанных конструктивных решений, направленных на улучшение тяговых характеристик и экономичности двигателя внутреннего сгорания с разделением рабочего цикла между двумя цилиндрами и аккумуляции энергии при помощи сжатого воздуха.
  Важнейшим недостатком классического двигателя внутреннего сгорания являются плохие тяговые характеристики. Управление вырабатываемым крутящим моментом в нем достигаться путем изменения количества топлива на единицу воздуха, что по ряду причин не выгодно. Во-первых, такое регулирование приводит к перерасходу топлива и повышению токсичности выхлопа из-за неполного его сгорания, поскольку коэффициент избытка воздуха не может оставаться оптимальным. Во-вторых, такое регулирование обеспечивает недостаточный диапазон моментов, поэтому приходится иметь избыточную мощность двигателя, что также приводит к непроизводительному расходованию топлива.
  Предлагаемые изменения конструкции заключаются в следующем:
  1) Рабочий ход и удаление продуктов сгорания осуществляется в одних цилиндрах, а сжатие воздуха в других, причем первые (рабочие) цилиндры имеют больший объем в соответствии с увеличением объема продуктов сгорания по сравнению с объемом воздуха.
  2) Сжимаемый воздух поступает в рабочий цилиндр не сразу, а может накапливаться в ресивере.
  3) Может быть предусмотрено расположение рабочих и сжимающих цилиндров на разных коленчатых валах с дополнительным размыкателем между ними, что позволяет использовать сжимающие цилиндры в качестве тормоза, запасая энергию в виде сжатого воздуха. (Не является обязательным.)
  5) Количество сжимаемого воздуха регулируется. Для этого впускные и выпускные клапана в сжимающих цилиндрах открываются автоматически перепадом давления, как обратные клапана, но впускной клапан может удерживаться в открытом состоянии приводом от газораспределительного механизма, что позволяет регулировать используемый объем сжимающего цилиндра. Если при движении поршня вверх из нижней мертвой точки впускной клапан остается какое-то время открытым, то воздух не сжимается, а передавливается обратно во впускной коллектор. Конструкция привода клапана отличается от классической (кулачок вала давит на коромысло, которое другим концом нажимает на клапан) тем, что ось коромысла является подвижной. Если поднять ось коромысла вверх, то оно вообще не будет нажимать на клапан, и объем сжимающих цилиндров будет использоваться полностью. По мере опускания оси момент отпускания клапана будет происходить позже, и используемый объем цилиндров будет уменьшаться.
  Аналогично предполагается регулировать и используемый объем рабочих цилиндров. Рабочий цилиндр работает по схеме двухтактного двигателя. На некоторой части пути от верхней мертвой точки вниз в цилиндр подается сжатый воздух из ресивера и впрыскивается топливо. В случае использования природного газа он может подмешиваться при подаче в цилиндр (см. Способы повышения экономичности двигателя внутреннего сгорания). Затем топливо поджигается и совершается рабочий ход, в конце которого давление в цилиндре падает чуть ниже давления в выпускном коллекторе, что приводит к открытию обратного клапана, который впускает продукты сгорания из выпускного коллектора в цилиндр. Таким образом, может уменьшаться используемый объем рабочего цилиндра. При полном его использовании обратный клапан остается закрытым. Выпускной клапан открывается классическим механизмом в нижней мертвой точке и закрывается в верхней. Таким образом, у рабочего цилиндра три клапана: впускной, выпускной и обратный. Степень использования объема рабочего цилиндра регулируется длительностью открытия впускного клапана. При этом он всегда открывается в верхней мертвой точке, а момент закрытия регулируется.
  Один из вариантов привода для впускного клапана заключается в следующем. Для открытия впускного клапана в верхней мертвой точке можно воспользоваться тем, что в этот момент закрывается выпускной клапан. Для этого коромысло выпускного клапана должно давить не только на клапан, но и на перекидное коромысло впускного клапана, плоскость движения которого может быть перпендикулярна плоскости коромысла выпускного клапана. Один конец перекидного коромысла находится между выпускным клапаном и его коромыслом, а второй давит на впускной клапан. Для регулируемого закрытия впускного клапана необходимо в этот момент поднять ось перекидного коромысла. Для этого коромысло впускного клапана должно давить не на сам клапан, а на ось перекидного коромысла. А регулировать время закрытия впускного клапана можно перемещая вверх-вниз ось коромысла впускного клапана (также как в сжимающем цилиндре).
  Управление таким двигателем представляется следующим образом. На стационарном режиме работы двигателя педаль газа управляет используемым объемом рабочих цилиндров, перемещая ось коромысла его впускного клапана (вниз - больше крутящего момента). Управление используемым объемом сжимающих цилиндров осуществляется путем сравнения давления в ресивере с требуемым значением. Конструктивно это можно осуществить при помощи поршня, которому противостоит пружина, используемого для привода оси коромысла впускного клапана сжимающего цилиндра, хотя для обеспечения универсальности на разных режимах работы лучше использовать привод управляемый компьютером.
  На этапе торможения рабочие цилиндры выключаются из работы либо за счет размыкателя (второго сцепления), если он есть, либо за счет прекращения подачи топлива и максимального уменьшения используемого объема. Энергия торможения используется для сжатия воздуха в сжимающих цилиндрах, который накапливается в ресивере. Регулирование интенсивности торможения осуществляется положением оси коромысла впускного клапана сжимающего цилиндра.
  На этапе разгона и в других случаях, когда необходимо форсировать двигатель, если крутящий момент при использовании полного объема рабочих цилиндров недостаточен, то сначала уменьшается используемый объем сжимающих цилиндров, т.е. уменьшаются затраты энергии на сжатие воздуха. На этом режиме двигатель расходует из ресивера больше сжатого воздуха, чем производит, за счет накопленного при торможении запаса. Если требуется еще больший крутящий момент, то можно дальше увеличить время открытия впускного клапана рабочего цилиндра. При этом давление в конце рабочего цикла уже будет превышать давление в выпускном коллекторе, что приведет к увеличению шума выхлопа и падению КПД, но крутящий момент возрастет.
  Таким образом, для увеличения крутящего момента сначала необходимо опускать ось коромысла впускного клапана рабочего цилиндра до тех пор, пока не перестанет открываться обратный клапан. Дальнейшее увеличение крутящего момента осуществляется опусканием оси коромысла впускного клапана сжимающего цилиндра. А когда она достигнет предела (сжатие отсутствует), то продолжение увеличения крутящего момента осуществляется дальнейшим опусканием оси коромысла впускного клапана рабочего цилиндра.
  В таком двигателе необходимо регулировать и заданное давление в ресивере (уставку давления). Чем больше скорость, тем заданное давление должно быть меньше, чтобы в ресивере было достаточно места для аккумулирования энергии движения. В противном случае при торможении сработает предохранительный клапан ресивера, и энергия будет потеряна. Однако данное правило не должно быть абсолютным. Так при следовании по трассе давление в ресивере имеет смысл поддерживать на более высоком уровне, чтобы повысить степень сжатия и, следовательно, экономичность, а перед ожидаемым торможением сбросить давление. Если такой двигатель работает вхолостую, то он может накачивать воздух в ресивер, для чего заданное давление необходимо повысить.
  Подача топлива в таком двигателе должна обеспечить его оптимальное соотношение на всех режимах работы, при котором осуществляется наиболее полное сгорание. Простыми механическими регуляторами это осуществить проблематично. Следует использовать компьютер, который по таким исходным данным как обороты, давление и температура в ресивере, положение оси коромысла должен рассчитывать количество воздуха, подаваемого в рабочие цилиндры, и регулировать подачу соответствующего количества топлива. Желательно корректировать расчеты по показаниям газоанализатора выхлопных газов.
  
  К преимуществам такого двигателя следует отнести:
  1) Повышение экономичности за счет использования энергии торможения и холостого хода, полного расширения продуктов сгорания, оптимального соотношения между воздухом и топливом. Кроме того, разделение рабочего цикла на два разных цилиндра приводит к тому, что сжимаемый воздух не подогревается от горячих стенок, а продукты сгорания меньше охлаждаются.
  2) Существенное расширение диапазона крутящих моментов.
  3) Возможность быстро изменять крутящий момент.
  4) Возможность форсировать двигатель на этапе трогания и разгона, существенно увеличивая крутящий момент за счет накопленного в ресивере сжатого воздуха.
  5) Относительную простоту и дешевизну реализации. Ресивер дешевле и долговечнее электрического аккумулятора.
  6) Возможность использовать сжатый воздух для других автомобильных нужд (пневмоподвеска, усилитель руля, тормоза, подкачка шин и т.п.)
  К недостаткам следует отнести:
  1) Увеличение массы и, особенно, габаритов за счет ресивера.
  2) Сложное регулирование подачи топлива.
  3) Дополнительный регулируемый параметр (заданное давление в ресивере), за которым должен следить водитель.
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"