СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
В соответствии с приведенными на рисунке обозначениями
применительно к двигателю внутреннего сгорания эффективность передачи усилия от
поршня 4 к валу 2 или наоборот через кривошип (колено коленвала) 1 и шатун 3 кривошипно-шатунного механизма
зависит от углов α и β, образуемыми между коленом 1 и шатуном
3 и между шатуном 3 и перпендикуляром к направлению движения поршня 4
соответственно. Максимальная передача этого усилия будет в таких фазах вращения
вала 2 когда эти углы будут прямыми (90 градусов) и направление шатуна 3 в
пространстве совпадает с направлением возвратно-поступательного движения поршня
4, а колено 1 перпендикулярно шатуну 3. Однако в течение всего оборота вала 2
вокруг своей оси такого не происходит поскольку когда один из этих углов
становится прямым, второй не равен прямому. Максимальная передача усилия от
поршня 4 к валу 2 или наоборот происходит только в двух отдельных фазах вращения вала 2,
находящимися между мёртвыми точками. А в мёртвых точках (когда угол α=0/180
градусов, а β=90 градусов) эффективность передачи усилия равна нулю. В
остальных фазах вращения вала 2 эффективность передачи усилия находится между
максимальным и минимальным значениями.
По мере увеличении длины шатуна 3 относительно длины колена 1 углы α и β в отдельных фазах вращения вала 2 одновременно приближаются к прямым. Если за нулевую фазу вращения вала 2 принять верхнюю мёртвую точку, то при условном бесконечном отношении длины шатуна 3 к длине колена 1 усилие в фазах вращения 90 и 270 градусов передаётся полностью (эффективность передачи равна 100%), т.е. углы α и β являются прямыми. Такой вариант кривошипно-шатунного механизма принят для сравнения его эффективности преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное с эффективностью изобретения. Зависимость эффективности передачи усилия поршня 4 к валу 2 или наоборот от фазы вращения вала 2 для такого варианта конструкции кривошипно-шатунного механизма приведена на следующем графике (за нулевую фазу вращения вала 2 принята верхняя мёртвая точка):
Залитая цветом фигура на рисунке является внутренней областью линий эффективности преобразования, т.е. фигурой, отражающей эффективность (фигурой эффективности). Как видно из рисунка эффективность передачи усилия поршня 4 к валу 2 или наоборот максимальна в двух фазах вращения вала 2, равных 90 и 270 градусов и равна нулю в двух других фазах вращения вала, равных 0 и 180 градусов (верхняя и нижняя мёртвые точки).
У идеального преобразователя усилие от поршня 4 к валу 2 или наоборот передаётся полностью (с эффективностью 100%) во всех фазах вращения вала 2 и данный график идеального преобразователя выглядит как полностью залитый цветом круг с радиусом 100%. То есть чем эффективнее преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное, тем больше площадь залитой цветом фигуры эффективности и тем больше форма этой фигуры приближена к кругу. Поэтому для сравнения эффективности преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное изобретения и кривошипно-шатунного преобразователя необходимо вычислить площади фигур эффективности у каждого из них и соотнести эти площади друг с другом.
Площадь фигуры эффективности идеального преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное при условном единичном радиусе графика (когда 100% на графике условно равны 1):
S=π
При условном единичном радиусе графика площадь фигуры эффективности для кривошипно-шатунного преобразователя:
S=π/2
Таким образом кривошипно-шатунный механизм обладает эффективностью всего лишь 50% от максимально возможной для устройства данного типа, а идеальный преобразователь возвратно-поступательного во вращательное превосходит по эффективности кривошипно-шатунный механизм на 100%.
На следующем графике приведёна зависимость эффективности передачи усилия поршня валу от фазы вращения вала у созданного рабочего демонстрационного образца изобретения:
Под коэффициентом формы изобретения подразумевается вариант конструктивного выполнения изобретения, влияющего на его эффективность работы, в частности отношение прямого угла к величине угла вращения вала, в течение которого эффективность преобразования видов движения изменяется от минимальной до максимальной. Чем больше этот коэффициент, тем эффективнее изобретение. Таких вариантов реализации изобретения в отличие от кривошипно-шатунного преобразователя может быть множество.
Как видно из графика площадь залитой цветом фигуры эффективности, относящейся к изобретению, значительно превышает площадь фигуры кривошипно-шатунного преобразователя и равна:
S=3π/4
Теперь наёдем соотношение площадей фигур эффективности изобретения и кривошипно-шатунного механизма:
(3π/4) / (π/2) = 1,5 раза, т.е. на 50%!!
Таким образом, эффективность преобразования усилия возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала у созданного рабочего демонстрационного образца изобретения превышает эффективность кривошипно-шатунного механизма на 50%!!
Еще большей эффективности изобретения можно добиться, выполнив его конструкцию с большими значениями коэффициента формы. Так, например, у изобретения с коэффициентом формы = 6 соответствующая площадь фигуры эффективности:
S=11π/12
А соотношение площадей фигур эффективности изобретения с коэффициентом формы = 6 и кривошипно-шатунного механизма:
(11π/12) / (π/2) = 1,833 раза,
То есть эффективность передачи усилия от поршня к валу у изобретения с коэффициентом формы = 6 превосходит эффективность кривошипно-шатунного преобразователя на 83,3%!!!
Теоретический запас превосходства эффективности передачи усилия от поршня к валу у изобретения с максимальным коэффициентом формы по отношению к эффективности кривошипно-шатунного преобразователя составляет 99,9%.
Коэффициент формы влияет только на формы деталей механизма изобретения и никаких конструктивных или функциональных ограничений и никаких дополнительных экономических затрат для изготовления изобретения с высокими значениями коэффициента формы нет.
Таким образом, в случае применения изобретения в двигателе внутреннего сгорания вместо кривошипно-шатунного механизма изобретение позволит передавать дополнительное усилие от поршня к вращающемуся валу двигателя, что позволит при том же расходе горючего существенно увеличить мощность двигателя, либо позволит уменьшить объём цилиндра и поршня и существенно уменьшить расход горючего (бензина) при той же мощности двигателя.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПРЕДЛАГАЕТСЯ К ВНЕДРЕНИЮ И КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ.
СОЗДАВАЙТЕ НА ОСНОВЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕХНИКУ, ВЫВОДИТЕ ЕЁ НА РЫНОК, И ДЕЛАЙТЕ ДЕНЬГИ !
Обращайтесь: topnew@yandex.ru