Цикл Севцова

В статье в общем виде описывается разработка ,направленная на повышение топливной экономичности двухтактных тронковых дизелей путем придания их поршню выстоев в мертвых точках за счет новой кинематики. Указывается ,что изменение механической конструкции данных дизелей приведет к коренному изменению их рабочего термодинамического цикла - сгорание топлива будет происходить при постоянном обьеме - почти ,как в цикле Отто. 

Двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства. К примеру - двухтактный дизельный двигатель мощностью 61 л.с. пятиместного японского городского автомобиля «ДАЙХАТСУ-СТОРИА 2СД» (известного в Европе под именем «Сирион») потребляет около 3 литров топлива на 100 км. пробега авто.

А можно ли улучшить этот результат?

Как известно, термодинамика указывает, что резерв повышения экономичности дизелей существует: необходимо стремиться сжигать топливо при останове поршня и исключить сжигание при ходе поршня.

В современных дизелях все равно часть топлива дожигается при ходе поршня- реализуется цикл со смешанным подводом теплоты-так называемый цикл Тринклера. А что-бы хотя- бы часть топлива сжечь при постоянном обьеме используют два метода-снижение оборотов двигателя и повышение давление впрыска. Если у обычного автомобильного дизеля частота вращения коленчатого вала лежит в пределах 2000-4000 об/мин. ,то крупные судовые дизели делают с рабочей частотой 150-250 об/мин..Такие например дизели ,выпускаемые Брянским машиностроительным заводом. Что-бы при низких оборотах сохранить размеры двигателя приемлемыми данные малооборотистые двигатели делают двухтактными. .Ясно ,что в широком смысле- в авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте ,в строительной технике ,у большинства судов и кораблей –путь повышения топливной экономичносности дизелей за счет снижения оборотов абсолютно не приемлем. Другой путь- за счет роста давления впрыска уже исчерпывает себя. Так в упомянутом в начале статьи дизельном двигателе авто. «ДАЙХАТСУ-СТОРИА 2СД» при-меняется система непосредственного впрыскатоплива «коммон-рейл». Рабочее давление в подобных системах доходит до 2000Атм..Дальнейшее повышение давления упирается в прочность плунжерных пар- металл просто начинает течь под столь высокой нагрузкой.

А почему не подстраиваться к закону движения поршня в кривошипно-шатунном механизме- малому времени на приготовление и сгорание топливной смеси из-за малого времени нахождения поршня вблизи ВМТ , а изменить сам закон движения?

Можно предположить, что ситуацию можно было-бы исправить, если обеспечить выстой поршня в его ВМТочке заменой кривошипно-шатунного механизма другим механизмом.

Это могли бы быть механизмы изменения на ходу степени сжатия для двигателей Отто или "половина" ромбического механизма для обеспечения выстоев в двигателе Стирлинга. Анализ известных автору идеи этих механизмов показывает наличие у них следующего неустранимого принципиального недостатка. Рост газовых давлений и меха-нических сил при выстое поршня в указанных механизмах приводит к росту затрат кине-тической энергии маховика на прокручивание вала двигателя для проскока зоны выстоя.

Возникло техническое противоречие –основа для создания изобретательского решения - поршень должен покоится при сгорании топлива для повышения экономичности путем перевода дизелей на новый цикл работы-с подводом теплоты при постоянном обьеме, но при существующих схемах механизмов такое удержание поршня потребует дополнительной затраты кинетической энергии маховика двигателя .

Почему -бы не применить для решения технической задачи прием "Айкидо". В известной восточной борьбе сила противника используется для победы над ним.

Противником примем рост давления при сжатии поршнем воздуха ,а также рост газового давления во время выстоя поршня.м. Выберем преднамеренно двухтактный дизель- у него всегда шатун работает только на сжатие, а значит в поршне можно создать новый компактный механизм связи самого поршня с шатуном используя тонкие гибкие связи, работающие только на растяжение. Вспомним первые самолеты с их силовыми элементами в виде проволочных растяжек.

Заменим верхнюю головку шатуна на незамкнутый шкив (как у нефтяных промысловых насосов).

Разместим "шкив" внутри поршня ближе к донышку-причем ось беговой дорожки шкива совместим с направлением вращения кривошипов двигателя.

Подвесим поршень на незамкнутую трапецию из рессорной полосы.Малое основание трапеции положим на "бегунок шкива" шатуна,а боковые стороны спустим с оголовка шатуна и подхватим ими(сторонами) снизу поршень за ободок.Большое основание у описанной незамкнутой трапеции- виртуальная линия ,соединяющая противоположные "подхваты" поршня.

Ясно, что при вращении коленчатого вала шатун будет своим профильным Т-образным оголовком навиваться то на одну, то на другую ветви упругой трапеции. При этом будет изменяться дезаксаж двигателя – то есть полюс шатуна помимо обычных перемещений вдоль рабочего цилиндра будет иметь возможность перемещений поперек цилиндра. Переброс полюса шатуна по прямой, перпендикулярной стенке цилиндра от одной стороны стенки рабочего цилиндра к другой и обратно и станет выстоями поршня в его обеих мертвых точках.

Выстой в верхней мертвой точке позволит уйти от цикла Тринклера и задать опливосберегающий подвод тепла - при постоянном обьеме камеры сгорания.

Безусловно, что будет наблюдаться выстой поршня и в Нижней Мертвой Точке .

Данное обстоятельство позволит нивелировать недостаток двухтактных дизелей - малое время на очистку и продувку рабочего цилиндра.

При качании шатуна трапеция будет становится несиметричной -одна ее ветвь будет более отвесная.Причем-и это радует-более отлогая ветвь будет та,"потянув" которую силой от газового давления будет наблюдаться поворот шкивом стержня шатуна в сторону вращения двигателя. вращения коленчатого вала Техническое противоречие устранено - при росте давлений в верхней мертвой точке этот рост сам стремится протолкнуть шатун через ВМТ-спасибо японцам за Айкидо.

Диплом ІІІ Міжнародного салону винаходів та нових технологій "Новий час"

Саму трапецию предполагается делать из рессорной стали- из-за своей упругости боковые ветви трапеции позволять сдвинуть поршень вниз при запуске двигателя.

Идея награждена серебрянной медалью на III Международном салоне изобретений и новых технологий "Новое время" ,который проходил в сентябре 2007 г. в г. Севастополе.

В настоящее время разработка проходит стадию патентования в органе госрегистрации (УКРПАТЕНТ) - заявка а 2007 02614, приоритет от 12 марта 2007 г..