RU2006616C1 - Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2006616C1
RU2006616C1 SU914915651A SU4915651A RU2006616C1 RU 2006616 C1 RU2006616 C1 RU 2006616C1 SU 914915651 A SU914915651 A SU 914915651A SU 4915651 A SU4915651 A SU 4915651A RU 2006616 C1 RU2006616 C1 RU 2006616C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
machine
gases
expander
fuel
Prior art date
Application number
SU914915651A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Васильевич Платонов
Original Assignee
Николай Васильевич Платонов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Васильевич Платонов filed Critical Николай Васильевич Платонов
Priority to SU914915651A priority Critical patent/RU2006616C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2006616C1 publication Critical patent/RU2006616C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: method is implemented by fresh charge entering a rotor positive-displacement compression machine, by- passing the charge to a combustion chamber at a constant volume, supplying fuel to the combustion chamber through at least one nozzle, igniting and burning out a fuel-air mixture, by-passing hot gases from the combustion chamber, and two-stage expanding of exhaust gases to convert a work of expansion to rotation of an output shaft and consequence discharging the gases to the atmosphere. The gases are by-passed back from the combustion chamber to rotor machine wherein the gases are expanded. The fuel is constantly supplied to the combustion chamber, and final expanding of the hot gases is carried out by by-passing the gases from the rotor positive-displacement machine to a piston expander. A rate of the fuel supplied to the combustion chamber is controlled by changing the number of connected nozzles. The internal combustion engine has case, rotor supercharger and expander, which are made of a hollow cylinder provided with radial baffles and cylindric rotating piston and set on the output shaft within the case, machine for repeated expansion, combustion chamber with a constant volume coupled with the supercharger and expander through gas passages provided with valves having drive and provided with at least one nozzle and ignitor. The rotor expander and supercharger are made in block, working surface of the supercharger cylinder is provided with a ring flexible seal. The rotating piston is made of a rolling bearing eccentrically mounted on the output shaft for contacting with the cylinder seal by its race. The baffles are mounted in cylindrical guides secured within the cylinder. The machine for repeated expansion is piston-type and provided with gas distributing mechanism and crankshaft coupled to the output shaft. The drive of the valve is made of cam disks positioned coaxially to the output shaft and coupled with it kinematically through a reduction gear. The gas distributing mechanism of the additional expansion machine is made of a slide, which encloses the piston machine, kinematically coupled with the cam disk and provided with a ring gas intake coupled with the expander of the rotor machine . EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может найти применение в народном хозяйстве, на транспорте, а в случае применения наддува от турбокомпрессора - в авиации. The invention relates to internal combustion engines and can find application in the national economy, in transport, and in the case of applying a boost from a turbocharger, in aviation.

Известны двигатели внутреннего сгорания, работающие на карбюрированной смеси. Known internal combustion engines operating on a carbureted mixture.

Однако в этих двигателях реализуются невысокие значения степеней сжатия воздуха из-за возникновения детонационного горения бензина в сжатом воздухе в цилиндрах. По этой причине в таких двигателях невозможно улучшить экономичность до уровня экономичности дизелей. However, in these engines low values of the degree of air compression are realized due to the occurrence of detonation combustion of gasoline in compressed air in the cylinders. For this reason, in such engines it is impossible to improve efficiency to the level of efficiency of diesel engines.

Для обеспечения бездетонационного горения в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания к бензину, применяемому в качестве топлива, добавляют присадку в виде тетраэтилсвинца. Известно, что продукты сгорания бензина с присадкой тетраэтилсвинца загрязняют атмосферу. Кроме того, в таких двигателях не используется полностью располагаемая степень расширения газов, что не способствует улучшению экономичности такого двигателя. To ensure detonation-free combustion in carburetor internal combustion engines, an additive in the form of tetraethyl lead is added to gasoline used as fuel. It is known that the products of the combustion of gasoline with the addition of tetraethyl lead pollute the atmosphere. In addition, such engines do not use a fully available degree of gas expansion, which does not contribute to improving the efficiency of such an engine.

По предлагаемому способу и устройству сжигание топлива в сжатом воздухе предусматривается осуществить при высоких значениях степени сжатия, использовании в качестве топлива бензина без добавки тетраэтилсвинца, высоких значениях коэффициента избытка воздуха α1 и непрерывном сжигании топлива в камере сгорания, установленной вне камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов.According to the proposed method and device, the combustion of fuel in compressed air is provided for at high values of compression ratio, use of gasoline without tetraethyl lead as a fuel, high values of air excess coefficient α 1 and continuous combustion of fuel in a combustion chamber installed outside the chambers of the working fluid of an air compression machine and gas expansion.

Степень сжатия воздуха при этом может быть на уровне степеней сжатия известных дизелей. The degree of compression of air in this case may be at the level of compression ratios of known diesel engines.

Двигатель внутреннего сгорания, выполненный по предлагаемому способу и устройству, имеет надежный запуск независи- мо от погодных условий и по этой причине выгодно отличается от известных дизелей. Кроме того, по сравнению с дизелями предлагаемый двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен с высокими значениями частоты вращения вала машины сжатия воздуха и расширения газов. The internal combustion engine, made by the proposed method and device, has a reliable start regardless of weather conditions and, for this reason, compares favorably with known diesel engines. In addition, compared with diesel engines, the proposed internal combustion engine can be performed with high values of the rotational speed of the shaft of the machine for air compression and gas expansion.

Это достигается сжиганием топлива в камере сгорания, установенной вне камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов, с подводом сжатого воздуха в камеру сгорания порциями от камер рабочего тела, отводом продуктов от камеры сгорания в камеры рабочего тела также порциями при разобщении камеры сгорания от камер рабочего тела во время осуществления в камерах рабочего тела процессов наполнения воздуха, сжатия воздуха, процессов расширения газов и выхлопа газов, осуществлением после процессов наполнения воздуха сжатия воздуха в камерах рабочего тела и подвода сжатого воздуха из камер рабочего тела в камеру сгорания, процессов подвода продуктов в камеры рабочего тела от камеры сгорания, расширения газов в камерах рабочего тела и выхлопа газов из камер рабочего тела, осуществлением дополнительного расширения газов, выходящих из камер рабочего тела, в дополнительной машине расширения газов, выполнением машины сжатия воздуха и расширения газов в виде роторной машины, камеры рабочего тела которой образованы между гильзой ротора, установленной на подшипниках качения на цилиндре ротора и расположенной эксцентрично относительно оси его вращения, корпусом и возвратно-поступательно движущимися перегородками, установленными на неподвижных цилиндрических направляющих, закрепленных на корпусе, выполнением дополнительной машины расширения газов в виде поршневой машины, имеющей обод распределения газов, в котором выполнены кольцевой заборник газов от выхода камер рабочего тела с каналами и полостями подвода газов к цилиндрам дополнительной машины, кольцевой заборник атмосферного воздуха с каналами и полостями подвода этого воздуха для охлаждения цилиндра, поршней машины дополнительного расширения газов, при этом вал обода распределения газов соединен с валом одного из двух кулачковых дисков привода клапанов камер рабочего тела, каждые валы которых кинематически соединены с ротором машины сжатия воздуха и расширения газов через редуктор с передаточным отношением i = nротора/nк.Д.= 2, где nротора - частота вращения ротора машины сжатия воздуха и расширения газов; nк.д. - частота вращения вала кулачковых дисков, вал дополнительной машины соединен с валом ротора и валом отбора мощности.This is achieved by burning fuel in a combustion chamber installed outside the chambers of the working fluid of an air compression and gas expansion machine, supplying compressed air to the combustion chamber in portions from the working fluid chambers, removing products from the combustion chamber to the working fluid chambers in portions when the combustion chamber is disconnected from the chambers the working fluid during the implementation in the chambers of the working fluid of the processes of filling air, compressing air, the processes of expansion of gases and exhaust gases, the implementation after the processes of filling air of compression of air in the chambers of the working fluid and the supply of compressed air from the chambers of the working fluid to the combustion chamber, the processes of supplying products to the chambers of the working fluid from the combustion chamber, the expansion of gases in the chambers of the working fluid and the exhaust of gases from the chambers of the working fluid, additional expansion of the gases leaving the chambers of the working fluid body, in an additional gas expansion machine, by performing an air compression and gas expansion machine in the form of a rotor machine, the working fluid chambers of which are formed between the rotor sleeve mounted on the bearings on the rotor cylinder and located eccentrically relative to the axis of rotation, the housing and reciprocating moving partitions mounted on fixed cylindrical guides mounted on the housing, the implementation of an additional gas expansion machine in the form of a piston machine having a gas distribution rim in which an annular intake is made gases from the outlet of the working fluid chambers with channels and cavities for supplying gases to the cylinders of the additional machine, an annular intake of atmospheric air from the channel and the supply cavities of this air for cooling the cylinder, the pistons of the machine for additional expansion of gases, while the shaft of the gas distribution rim is connected to the shaft of one of the two cam discs of the valve drive of the working chamber chambers, each shaft of which is kinematically connected to the rotor of the air compression and gas expansion machine through gearbox with gear ratio i = n rotor / n KD = 2, where n of the rotor is the rotational speed of the rotor of the machine for compressing air and expanding gases; n cd - the frequency of rotation of the shaft of the cam discs, the shaft of the additional machine is connected to the rotor shaft and the power take-off shaft.

На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-6 - сечение Б-Б на фиг. 1 (через каждые 90о поворота ротора с обозначениями процессов у камер рабочего тела); на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 9 - сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг. 10 - сечение Е-Е на фиг. 1; на фиг. 11 - в увеличенном масштабе элементы уплотнения между цилиндрами дополнительной машины расширения и ободом распределения газов; на фиг. 12 - вариант выполнен лабиринтного уплотнения между цилиндрами дополнительной машины расширения газов и ее ободом; на фиг. 13 - камера сгорания двигателя с сжиганием топлива в трех зонах.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed engine; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3-6 - section BB in FIG. 1 (every 90 about the rotation of the rotor with the designations of the processes at the chambers of the working fluid); in FIG. 7 is a section BB of FIG. 1; in FIG. 8 is a section GG in FIG. 6; in FIG. 9 is a section DD in FIG. 1; in FIG. 10 is a cross-section EE in FIG. 1; in FIG. 11 - on an enlarged scale, the sealing elements between the cylinders of the additional expansion machine and the gas distribution rim; in FIG. 12 - an option is made of a labyrinth seal between the cylinders of an additional gas expansion machine and its rim; in FIG. 13 - a combustion chamber of the engine with fuel combustion in three zones.

По фиг. 1 машина 1 сжатия воздуха и расширения газов состоит из ротора 2, имеющего эксцентрично установленный относительно оси вращения цилиндр, на котором расположена гильза 3 с помощью подшипников качения 4. С обеих сторон ротора, на корпусе машины сжатия воздуха и расширения газов, размещены крышки 5 и 6. На этих крышках расположены соответственно цилиндры 7 и 8 клапанов 9 и 10 камер рабочего тела. In FIG. 1, the air compression and gas expansion machine 1 consists of a rotor 2 having a cylinder eccentrically mounted relative to the axis of rotation, on which the sleeve 3 is located by means of rolling bearings 4. On both sides of the rotor, on the body of the air compression and gas expansion machine, covers 5 and 6. On these covers are respectively cylinders 7 and 8 of valves 9 and 10 of the working medium chambers.

Клапаны 9 и 10 выполнены в виде поршней с уплотнительными элементами - поршневыми кольцами (не показаны) и имеют соответственно штоки 11 и 12. Клапан 9 служит для выхлопа расширенных газов из одной камеры рабочего тела, а клапан 10 - для отвода сжатого воздуха из одной камеры рабочего тела в камеру сгорания. Valves 9 and 10 are made in the form of pistons with sealing elements - piston rings (not shown) and have rods 11 and 12, respectively. Valve 9 is used to exhaust expanded gases from one chamber of the working fluid, and valve 10 is used to exhaust compressed air from one chamber working fluid in the combustion chamber.

На концах штоков клапанов установлены ролики качения: для штока 11 - ролики 13, для штока 12 - ролики 14. Rollers are installed at the ends of the valve rods: for the rod 11, the rollers 13, for the rod 12, the rollers 14.

Штоки клапанов через соответствующие ролики опираются на кулачковые диски 15 и 16. Каждая пара роликов штоков клапанов располагается симметрично относительно оси штоков. При этом при расположении роликов одного штока клапана в центральной части каждая пара роликов других штоков клапанов размещается с внешних сторон роликов предыдущих штоков. Valve rods through respective rollers are supported on cam discs 15 and 16. Each pair of valve rod rollers is located symmetrically with respect to the axis of the rods. Moreover, when the rollers of one valve stem are located in the central part, each pair of rollers of the other valve stems is placed on the outer sides of the rollers of the previous rods.

Клапаны 9 и 10 прижимаются к соответствующим кулачкам дисков 15 и 16 соответственно с помощью пружин 17 и 18. The valves 9 and 10 are pressed against the respective cams of the disks 15 and 16, respectively, using the springs 17 and 18.

Кулачковые диски 15 и 16 кинематически соединены с валом ротора соответственно редукторами 19 и 20. Cam discs 15 and 16 are kinematically connected to the rotor shaft with gears 19 and 20, respectively.

Передаточное отношение np/nк.д. выбирается равным 2, где nр - частота вращения ротора; nк.д. - частота вращения кулачковых дисков.The gear ratio n p / n KD is chosen equal to 2, where n p is the rotor speed; n cd - frequency of rotation of cam discs.

Двигатель внутреннего сгорания, выполненный по предлагаемому способу и устройству, имеет дополнительную машину расширения газов блоком 21 цилиндров 22 и 23. The internal combustion engine, made by the proposed method and device, has an additional gas expansion machine with a block of 21 cylinders 22 and 23.

В цилиндре 22 расположен шатун 24, а в цилиндре 23 - шатун 25. Шатун 24 кинематически соединен с поршнем 26, а шатун 25 - с поршнем 27. Оба шатуна 24 и 25 кинематически соединены с коленчатым валом 28, соединенным с валом ротора 2. A connecting rod 24 is located in the cylinder 22, and a connecting rod 25 in the cylinder 23. The connecting rod 24 is kinematically connected to the piston 26, and the connecting rod 25 is connected to the piston 27. Both connecting rods 24 and 25 are kinematically connected to the crankshaft 28 connected to the rotor shaft 2.

Дополнительная машина расширения газов имеет второй блок 29 цилиндров. Оси первого и второго блоков цилиндров расположены под углом 90о.The additional gas expansion machine has a second cylinder block 29. The axes of the first and second cylinder blocks are located at an angle of 90 about .

На фиг. 1 показан один из воздухозаборников 30. Сжатый воздух выходит из камер рабочего тела через клапан 10 по каналу 31. Этот канал сообщен с входом камеры сгорания 32, в которой установлена форсунка 33 непрерывной подачи топлива. In FIG. 1 shows one of the air intakes 30. Compressed air leaves the chambers of the working fluid through a valve 10 through a channel 31. This channel is in communication with the input of the combustion chamber 32, in which a continuous fuel injector 33 is installed.

Один из каналов выхода расширенного газа из камеры рабочего тела машины сжатия и расширения газов обозначен позицией 34. Этот канал сообщен с цилиндром 7 клапана 9 выхлопа газов. One of the channels for the expansion of the expanded gas from the chamber of the working fluid of the gas compression and expansion machine is indicated by 34. This channel is in communication with the cylinder 7 of the gas exhaust valve 9.

На фиг. 1 показаны кольцевой заборник 35 подвода газов от камер рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов к дополнительной машине расширения и кольцевой заборник 36 подвода охлаждающего атмосферного воздуха к цилиндрам дополнительной машины расширения газов. Оба заборника расположены на ободе 37 распределения рабочего тела. In FIG. 1 shows an annular intake 35 for supplying gases from the chambers of the working medium of an air compression and gas expansion machine to an additional expansion machine and an annular intake 36 for supplying cooling atmospheric air to the cylinders of an additional gas expansion machine. Both intakes are located on the rim 37 of the distribution of the working fluid.

Для балансировки ротора имеются противовесы 38. Вал отбора мощности обозначен позицией 39. Этот вал выполнен как продолжение вала ротора. There are counterweights 38 for balancing the rotor. The power take-off shaft is indicated at 39. This shaft is designed as an extension of the rotor shaft.

Позицией 40 обозначена одна из опор обода 37 распределения рабочего тела. Position 40 denotes one of the supports of the rim 37 of the distribution of the working fluid.

Между крышками 5 и 6, гильзой 3 ротора выполнены уплотнения 41. Between the covers 5 and 6, the sleeve 3 of the rotor is made of the seal 41.

На фиг. 2 показаны цилиндры 42 клапанов подвода воздуха. Эти цилиндры через соответствующие клапаны (не показаны) сообщаются с воздухозабрниками 30. Позицией 43 обозначен картер редуктора 19. Остальные обозначения соответствуют принятым обозначениям на фиг. 1. In FIG. 2 shows cylinders 42 of air supply valves. These cylinders communicate with the air intakes 30 through respective valves (not shown). The gear housing 19 is designated 43. The remaining symbols correspond to the accepted symbols in FIG. 1.

На фиг. 3 показаны цилиндрические направляющие 44, закрепленные на корпусе 45. В эти направляющие устанавливаются перегородки 46. Между направляющими 44 и перегородками 46 выполнены полости 47 подвода жидкости для поддавливания перегородок к гильзе 3 с целью уплотнения. Корпус 45 с внутренней стороны имеет форму цилиндра, к которому прикреплены эластичные уплотняющие элементы 48, по которым обкатывается гильза 3 ротора 2. В качестве эластичных элементов может быть применена металлорезина. In FIG. 3, cylindrical guides 44 are shown mounted on the housing 45. Partitions 46 are installed in these guides. Between the guides 44 and the partitions 46, cavities 47 are provided for supplying liquid to squeeze the partitions to the sleeve 3 for sealing. The housing 45 on the inside has the shape of a cylinder to which elastic sealing elements 48 are attached, on which the sleeve 3 of the rotor 2 is rolled. Metal rubber can be used as elastic elements.

На фиг. 3 позицией 49 обозначен клапан отвода сжатого воздуха из камеры рабочего тела в камере сгорания, а позицией 50 - клапан подвода продуктов из камеры сгорания 32 в камеры 51 и 52 рабочего тела. In FIG. 3, reference numeral 49 denotes a valve for discharging compressed air from the chamber of the working fluid in the combustion chamber, and reference numeral 50 denotes a valve for supplying products from the combustion chamber 32 to the chambers 51 and 52 of the working fluid.

Машина сжатия воздуха и расширения газов представлена двумя камерами рабочего тела. Эти камеры рабочего тела образованы перегородками 46, гильзой 3 ротора и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 45, на которой установлены эластичные элементы 48. The air compression and gas expansion machine is represented by two chambers of the working fluid. These chambers of the working fluid are formed by partitions 46, the sleeve 3 of the rotor and the inner cylindrical surface of the housing 45, on which elastic elements 48 are mounted.

Для подвода жидкости в полости 47 на направляющих 44 выполнены штуцера 53. To supply fluid in the cavity 47 on the rails 44 made fitting 53.

На фиг. 3 для начального положения ротора у камер рабочего тела указаны соответствующие процессы в них. В. Г. Означает выхлоп газов, Н. В. - наполнение воздуха. In FIG. 3 for the initial position of the rotor at the chambers of the working fluid, the corresponding processes in them are indicated. VG means gas exhaust, N.V. - air filling.

На фиг. 4 показзан поворот ротора на 180о по отношению к первоначальному положению. Сж. В. означает сжатие воздуха.In FIG. 4 pokazzan rotor rotation through 180 ° with respect to the initial position. Sr. V. means air compression.

На фиг. 5 показано положение после поворота ротора на 360о по отношению к первоначальному положению. Р. Г. Означает расширение газов.In FIG. 5 shows the position after the rotor is rotated 360 ° with respect to the initial position. R. G. Means the expansion of gases.

На фиг. 6 показано положение после поворота на 540о по отношению к первоначальному положению. В. Г. означает выхлоп газов.In FIG. 6 shows the position after a rotation of 540 ° with respect to the original position. V. G. means exhaust gases.

Фиг. 3 соответствует также повороту ротора на 720о по отношению к первоначальному принятому положению ротора.FIG. 3 also corresponds to a rotation of the rotor 720 with respect to the original received rotor position.

На фиг. 7 некоторые обозначения соответствуют обозначению фиг. 1, здесь показаны цилиндры 54 клапанов 50 (см. фиг. 3) подвода продуктов сгорания к камерам рабочего тела из камеры сгорания 32, - зубчатое колесо 55 редуктора 20 (см. фиг. 1), картер 56 редуктора 20. In FIG. 7, some designations correspond to the designation of FIG. 1, cylinders 54 of valves 50 (see FIG. 3) for supplying combustion products to the chambers of the working fluid from the combustion chamber 32 are shown — gear wheel 55 of the gearbox 20 (see FIG. 1), the crankcase 56 of the gearbox 20.

На фиг. 8 показаны каналы 57 отвода жидкости, выполненные в перегородках 46 (см. фиг. 3), упоры 58 пружин 59, пружины 60 сжатия элементов уплотнений 41 (см. фиг. 1). In FIG. 8 shows the channels 57 of the fluid outlet, made in the partitions 46 (see Fig. 3), the stops 58 of the springs 59, the spring 60 of the compression elements of the seals 41 (see Fig. 1).

На фиг. 9 показана полость 61 подвода расширенных газов от машины сжатия воздуха и расширения газов. Эта полость через кольцевой заборник 35 постоянно сообщена с каналами 34 выхода газов из машины 1 сжатия расширения газов. Полость 61 выполнена на ободе 37 распределения рабочего тела. На этом же ободе выполнены полость 62 отвода из верхнего цилиндра расширенного в цилиндрах газа, полость 63 подвода охлаждающего атмосферного воздуха к верхнему цилиндру, полость 64 отвода охлаждающего воздуха из верхнего цилиндра. In FIG. 9 shows a cavity 61 for supplying expanded gases from an air compression and gas expansion machine. This cavity through the annular intake 35 is constantly in communication with the channels 34 of the exit of gases from the machine 1 compression expansion of gases. The cavity 61 is made on the rim 37 of the distribution of the working fluid. On the same rim there is a cavity 62 for exhaustion from the upper cylinder of the gas expanded in the cylinders, a cavity 63 for supplying cooling atmospheric air to the upper cylinder, a cavity 64 for exhausting cooling air from the upper cylinder.

На фиг. 10 указаны полости, соответствующие обозначениям фиг. 9 для нижнего цилиндра. In FIG. 10, cavities corresponding to the designations of FIG. 9 for the lower cylinder.

На фиг. 11 в увеличенном по отношению к фиг. 1 масштабе показан цилиндр с уплотнениями дополнительной машины расширения газов. Здесь показан вариант лабиринтного уплотнения цилиндров с ободом 37. Гребешки лабиринтных уплотнений обозначены позициями 65-67, позицией 68 - полость лабиринта. In FIG. 11 enlarged with respect to FIG. 1 shows a cylinder with seals of an additional gas expansion machine. Here, a variant of the labyrinth seal of cylinders with a rim 37 is shown. The combs of the labyrinth seals are indicated by numbers 65-67, position 68 is the cavity of the labyrinth.

На фиг. 12 показаны гребешки 69 лабиринтных уплотнений. In FIG. 12 shows scallops 69 of labyrinth seals.

Для блока 29 цилиндров указанные полости и уплотнения выполняются аналогично. For the cylinder block 29, these cavities and seals are performed similarly.

На фиг. 13 дан вариант выполнения трехзонной камеры сгорания 32. При этом в камере сгорания установлены три жаровые трубы 70-72. Каждая жаровая труба имеет патрубки 73-75 подвода первичного воздуха, трубопроводы 76-78 подвода топлива к форсункам 33, 79 и 80. На выходе каждой жаровой трубы имеются соответствующие смесители 81-83. Подводы вторичного воздуха в жаровые трубы обозначены соответственно позициями 84-86. Кроме того, показаны спайки крепления 87, пламеперебрасыватели 88 и 89 от жаровой трубы по потоку к предыдущим жаровым трубам. In FIG. 13, an embodiment of a three-zone combustion chamber 32 is given. In this case, three flame tubes 70-72 are installed in the combustion chamber. Each flame tube has nozzles 73-75 for supplying primary air, pipelines 76-78 for supplying fuel to nozzles 33, 79 and 80. At the exit of each flame tube there are corresponding mixers 81-83. The supply of secondary air to the flame tubes are indicated by 84-86, respectively. In addition, mounting brackets 87, flame spreaders 88 and 89 from the flame tube downstream to the previous flame tubes are shown.

Канал отвода продуктов сгорания к камерам рабочего тела машины сжатия воздуха и расширения газов обозначен позицией 90. Этот канал через клапан 50 и цилиндры 54 сообщается с камерами рабочего тела. The channel for the removal of combustion products to the chambers of the working fluid of an air compression and gas expansion machine is indicated at 90. This channel is connected to the chambers of the working fluid through a valve 50 and cylinders 54.

В первой жаровой трубе устанавливается свеча зажигания (не показана). A spark plug (not shown) is installed in the first flame tube.

На фиг. 1 изображены редукторы 19 и 20 согласно сечениям Ж-Ж и З-З фиг. 2 и 7. Поэтому в нижней части продольного разреза двигателя (фиг. 1) не показаны условно воздухозаборник 30 и канал 34 выхода газов из соответствующего цилиндра клапана выхлопа газов из камеры рабочего тела. In FIG. 1 shows gearboxes 19 and 20 according to sections Zh-Zh and ZZ of FIG. 2 and 7. Therefore, in the lower part of the longitudinal section of the engine (Fig. 1), the air intake 30 and the gas outlet channel 34 from the corresponding cylinder of the exhaust gas valve from the working medium chamber are not shown conventionally.

Для машины сжатия воздуха и расширения газов с двумя камерами рабочего тела устанавливают по четыре клапана на крышках 5 и 6. На крышке 5 - два клапана подвода воздуха, два клапана выхлопа газов, на крышке 6 - два клапана подвода сжатого воздуха к камере сгорания 32 и два клапана подвода продуктов сгорания к камерам рабочего тела. For the air compression and gas expansion machine with two chambers of the working fluid, four valves are installed on the covers 5 and 6. On the cover 5 - two air supply valves, two exhaust gas valves, on the cover 6 - two compressed air supply valves to the combustion chamber 32 and two valves for supplying combustion products to the chambers of the working fluid.

Двигатель, выполненный по предлагаемому способу и устройству, работает следующим образом. The engine made by the proposed method and device operates as follows.

Двигатель запускается от раскрутки вала ротора, включения зажигания и подачи топлива в камеру сгорания 32. При этом воздух через воздухозаборник 30, цилиндры 42 клапанов подвода воздуха при соответствующих положениях ротора поступает в камеры рабочего тела. В камерах рабочего тела воздух сжимается при повороте ротора и после этого сжатый воздух через цилиндры 8 клапанов 10 и 50 отводится к камере сгорания 32 по каналу 31. В камере сгорания сжигается топливо в сжатом воздухе при непрерывной подаче его через форсунки при подводе воздуха в камеру сгорания сжатого воздуха из камер рабочего тела порциями и при отводе продуктов сгорания к камерам рабочего тела также порциями за процессами подвода сжатого воздуха в камеру сгорания. При этом при подводе сжатого воздуха к камере сгорания после открытия соответствующего клапана подвода сжатого воздуха рабочего тела вал ротора нагружается. При подводе продуктов сгорания к камерам рабочего тела после открытия соответствующего клапана подвода продуктов сгорания при наполнении камеры рабочего тела вал ротора разгружается. При сообщении камеры сгорания с камерой рабочего тела при подводе к ней продуктов сгорания в камере сгорания несколько падает давление. The engine is started by spinning the rotor shaft, turning on the ignition and supplying fuel to the combustion chamber 32. At the same time, air through the air intake 30, cylinders 42 of the air supply valves at the corresponding rotor positions enters the chambers of the working fluid. In the chambers of the working fluid, the air is compressed when the rotor is turned and after that the compressed air is discharged through the cylinders 8 of the valves 10 and 50 to the combustion chamber 32 through the channel 31. In the combustion chamber, fuel is burned in compressed air when it is continuously fed through nozzles when air is supplied to the combustion chamber of compressed air from the chambers of the working fluid in portions and during the removal of combustion products to the chambers of the working fluid also in portions after the processes of supplying compressed air to the combustion chamber. In this case, when compressed air is supplied to the combustion chamber after opening the corresponding valve for supplying compressed air to the working fluid, the rotor shaft is loaded. When supplying combustion products to the chambers of the working fluid after opening the corresponding valve for supplying combustion products when filling the chamber of the working fluid, the rotor shaft is unloaded. When the combustion chamber communicates with the working fluid chamber, when the combustion products are supplied to it, the pressure in the combustion chamber drops somewhat.

После подвода новой порции сжатого воздуха в камеру сгорания от камеры рабочего тела давление восстанавливается до значения P * Z = ( P * к ·T * г )/T * к [1] , где Pк* - полное давление воздуха после сжатия в камерах рабочего тела; Тг* - значение полной температуры продуктов сгорания; Тк* - зачение полной температуры сжатого воздуха в камерах рабочего тела.After supplying a new portion of compressed air to the combustion chamber from the chamber of the working fluid, the pressure is restored to the value P * Z = (P * to T * g ) / T * to [1], where P k * is the total air pressure after compression in the chambers of the working fluid; T g * - the value of the total temperature of the combustion products; T to * - conception of the full temperature of compressed air in the chambers of the working fluid.

По величинам объемов камер рабочего тела после сжатия воздуха, объема при подводе продуктов сгорания ΔV, а также по величине объема камеры сгорания Vк.сг. можно установить зависимость давления Pz l* в камере сгорания при сообщении с камерами рабочего тела.By the values of the volumes of the chambers of the working fluid after air compression, the volume when supplying combustion products ΔV, and also by the value of the volume of the combustion chamber V c.s. it is possible to establish the dependence of the pressure P z l * in the combustion chamber when communicating with the chambers of the working fluid.

Справедливо равенство
(Vк.сг. + ΔV) ˙Pz l* = Pz* ˙ Vк.сг., [2]
P

Figure 00000001
= (Pz *·vк.сг)/(vк.сг+Δv) = P * Z /[1+Δv/vк.сг] . [3]
Если принять Vк.сг = 20 ΔV, то P
Figure 00000002
= P * z /[1+1/20] = (1·P
Figure 00000003
)/1,05 = 0,95·P * z . При этом потери давления от располагаемого значения составляют 5% . По значениям Тг* и Р2* определяется эффективное значение работы.Fair equality
(V c.s. + ΔV) ˙P z l * = P z * ˙ V c.s. , [2]
P
Figure 00000001
= (P z * v v.sg ) / (v s.sg + Δv) = P * Z / [1 + Δv / v c.sg ]. [3]
If we take V k.sg = 20 ΔV, then P
Figure 00000002
= P * z / [1 + 1/20] = (1 · P
Figure 00000003
) / 1.05 = 0.95P * z . In this case, the pressure loss from the available value is 5%. The values of T g * and P 2 * determines the effective value of the work.

После расширения газов в камерах рабочего тела машины сжатия и расширения газов эти газы направляются к дополнительной машине расширения газов. В цилиндрах этой машины осуществляется дополнительное расширение газов, так как в машине сжатия воздуха и расширения газов (как и в любых двигателях внутреннего сгорания) полного расширения газов не происходит. Дополнительное расширение газов способствует снижению удельного расхода топлива. After the expansion of gases in the chambers of the working fluid of a gas compression and expansion machine, these gases are directed to an additional gas expansion machine. In the cylinders of this machine, an additional expansion of gases occurs, since in a machine for compressing air and expanding gases (as in any internal combustion engine), complete expansion of gases does not occur. Additional expansion of gases helps to reduce specific fuel consumption.

Эффективная мощность снимается с вала ротора и эта мощность подводится к валу 39 отбора мощности. The effective power is removed from the rotor shaft and this power is supplied to the power take-off shaft 39.

При выполнении двигателя с камерой сгорания, имеющей несколько зон, осуществляется последовательное включение сжигания топлива, подводимого по форсункам 33, 79 и 80. Подвод топлива к этим форсункам может быть выполнен в зависимости от положения педали подачи топлива или сектора газа. При этом необходимое давление перед форсунками может быть обеспечено как изменением производительности топливного насоса, так и путем перепуска топлива на вход насоса в зависимости от положения педали подачи топлива или сектора газа. На малых нагрузках топливо подводится к форсунке 33 и сжигается в жаровой трубе 70, а при дальнейшем увеличении нагрузки топливо последовательно подводится к форсункам 79 и 80. Запуск жаровой трубы 71 осуществляется от подвода горячих газов от первой жаровой трубы 70 по пламеперебрасывателю 88, а запуск жаровой трубы 72 - от подвода горячих газов от второй жаровой трубы 71 по пламеперебрасывателю 89. When performing an engine with a combustion chamber having several zones, the combustion of fuel supplied through nozzles 33, 79 and 80 is sequentially switched on. The fuel can be supplied to these nozzles depending on the position of the fuel supply pedal or gas sector. In this case, the necessary pressure in front of the nozzles can be provided both by changing the performance of the fuel pump, and by transferring fuel to the pump inlet, depending on the position of the fuel supply pedal or gas sector. At low loads, the fuel is supplied to the nozzle 33 and burned in the flame tube 70, and with a further increase in the load, the fuel is subsequently supplied to the nozzles 79 and 80. The start of the flame tube 71 is carried out from the supply of hot gases from the first flame tube 70 through the flame distributor 88, and the start of the flame pipes 72 - from the supply of hot gases from the second flame tube 71 through the flame distributor 89.

Для наглядности приводится пример теплового расчета двигателя внутреннего сгорания, выполненного по предлагаемому способу и устройству. For clarity, an example of thermal calculation of an internal combustion engine, performed by the proposed method and device, is given.

Степень расширения воздуха в камере рабочего тела равна Пк* = 14. Температуру продуктов в камере сгорания Тг* = 1350 К.The degree of expansion of air in the chamber of the working fluid is equal to P k * = 14. The temperature of the products in the combustion chamber T g * = 1350 K.

Работа сжатия воздуха в камере рабочего тела
lк* = 288˙102,5 (140,286-1)/0,85 = 39140 кгм/кг.
The work of air compression in the chamber of the working fluid
l to * = 288˙102.5 (14 0.286 -1) / 0.85 = 39140 kgm / kg.

Температура воздуха в конце сжатия в камерах рабочего тела
Тк* = 288 + 39140/102,5 = 670 К.
Air temperature at the end of compression in the chambers of the working fluid
T c * = 288 + 39 140 / 102.5 = 670 K.

Полная степень расширения в камерах рабочего тела и дополнительной машине расширения газов следующая П * p = П * к (T * г /T * к )·σ1·σ2·σ3·σ4·σ5·σ6 , [ 4 ] где σ1- коэффициент потери давления при наполнении воздуха из атмосферы в камеры рабочего тела; σ2- коэффициент потери давдения сжатого воздуха при выходе из камер рабочего тела и подводе в камеру сгорания; σ3- коэффициент потери давления рабочего тела, связанный с подводом газов из камеры сгорания в камеры рабочего тела; σ4- коэффициент потери давления газов при выхлопе из камер рабочего тела; σ5- коэффициент потери давления рабочего тела, связанный с падением давления газов при сообщении с камерами рабочего тела; σ6- коэффициент потери давления газов, связаный с подводом, выхлопом газов от дополнительной машины расширения газов. σ1, σ2 принимаются равными 0,95; σ3 , σ4 принимаются равными 0,95 [3] , [4] ; σ5= 0,95; σ6= 0,95 ˙ 0,95 ˙ 0,95.The full degree of expansion in the chambers of the working fluid and an additional gas expansion machine is as follows: * p = N * to (T * g / T * to ) · Σ 1 · σ 2 · σ 3 · σ 4 · σ 5 · σ 6 , [4] where σ 1 is the coefficient of pressure loss when filling air from the atmosphere into the chambers of the working fluid; σ 2 is the pressure loss coefficient of compressed air at the exit from the chambers of the working fluid and supply to the combustion chamber; σ 3 - coefficient of pressure loss of the working fluid associated with the supply of gases from the combustion chamber to the chamber of the working fluid; σ 4 - coefficient of gas pressure loss during exhaust from the chambers of the working fluid; σ 5 - coefficient of pressure loss of the working fluid associated with a drop in gas pressure in communication with the chambers of the working fluid; σ 6 - coefficient of pressure loss of gases associated with the inlet, exhaust gases from an additional gas expansion machine. σ 1 , σ 2 are taken equal to 0.95; σ 3 , σ 4 are taken equal to 0.95 [3], [4]; σ 5 = 0.95; σ 6 = 0.95 ˙ 0.95 ˙ 0.95.

Коэффициент σ6= 0,95˙ 0,95˙ 0,95 = 0,85; σ1˙σ2˙σ3˙σ4˙σ5˙σ6= 0,95˙ 0,95x x 0,95 ˙ 0,95˙ 0,95 ˙ 0,85 = 0,73.Coefficient σ 6 = 0.95˙ 0.95˙ 0.95 = 0.85; σ 1 ˙σ 2 ˙σ 3 ˙σ 4 ˙σ 5 ˙σ 6 = 0.95˙ 0.95x x 0.95 ˙ 0.95˙ 0.95 ˙ 0.85 = 0.73.

Пр* = 14

Figure 00000004
0,73 = 20,59.P p * = 14
Figure 00000004
0.73 = 20.59.

Суммарная работа расширения газов
lр* = 1350˙29,34 [1-1/20; 590,25] ˙ 0,9 = 75471 кгм/кг.
Total gas expansion work
l p * = 1350-29.3 4 [1-1 / 20; 59 0.25 ] ˙ 0.9 = 75471 kgm / kg.

Температура в конце расширения газов
Тр* = 1350 - 75471/(29,3·4) = 706 К.
Temperature at the end of gas expansion
T p * = 1350 - 75471 / (29.3 · 4) = 706 K.

Свободная работа
lсв* = 75471 - 39140 = 36331 кгм.
Free work
l St * = 75471 - 39140 = 36331 kgm.

Удельная мощность Nуд =

Figure 00000005
= 484 л. с. /(кг воздуха).Specific power N beats =
Figure 00000005
= 484 l with. / (kg of air).

Определяется количество топлива, сжигаемого в одном кг воздуха, по формуле
q = (CpT * г -CpT * к )/(H4ηг-iT * г +CpT * к ) [ 5 ] .
The amount of fuel burned in one kg of air is determined by the formula
q = (C p T * g -C p T * to ) / (H 4 η g -iT * g + C p T * to ) [ 5 ] .

В предложенном двигателе топливо сжигается при постоянном объеме. Поэтому для предлагаемого двигателя потери тепла, обусловленные теплообменом между газами и стенками камер рабочего тела, определяются следующим образом
q = (CpT * г -CpT * к )/[(H4ηг-iT * г +CpT * к )(Cp/Cv)] , [ 6 ] для продуктов сгорания отношение удельной теплоемкости Ср продуктов при постоянном давлении к удельной теплоемкости СV продуктов при постоянном объеме Cp/Cv равно 1,33.
In the proposed engine, fuel is burned at a constant volume. Therefore, for the proposed engine, heat losses due to heat exchange between gases and the walls of the chambers of the working fluid are determined as follows
q = (C p T * g -C p T * to ) / [(H 4 η g -iT * g + C p T * to ) (C p / C v )], [6] for combustion products, the ratio of the specific heat of C p products at constant pressure to the specific heat of C V products with a constant volume of C p / C v is 1.33.

Для оценки потерь тепла от теплообмена между газами и стенками определяется расход топлива для дизеля Д-108, имеющего степень сжатия Пк* = 14, при применении условно в качестве топлива керосина. Работа сжатия воздуха этого дизеля при значении Пк* = 14 lк* = 39140 кгм/кг.To assess the heat loss from heat transfer between gases and walls, the fuel consumption for a D-108 diesel engine having a compression ratio of P k * = 14 is determined when conventionally used as kerosene fuel. The air compression work of this diesel engine at a value of P k * = 14 l k * = 39140 kgm / kg.

Температура воздуха в конце сжатия Тк* = 670 К.The air temperature at the end of compression T to * = 670 K.

Температура продуктов сгорания Тг* = 2200 К.The temperature of the combustion products T g * = 2200 K.

Тк* = 670 К, СрТк* = 681,3, Тг* = 2200 К; СрТг* = 2502,62; iТг* = 6775,12 [6] .T k * = 670 K, C r T k * = 681.3, T g * = 2200 K; C p T g * = 2502.62; iT g * = 6775.12 [6].

Н4ηг= 42600 (для керосина),
42600 - 6775 + 681 = 36506,
2502,62 - 681,3 = 1821,32,
q = 1821,32/(36506·1,33) = 0,0375 кг/(кг возд. ) .
H 4 η g = 42600 (for kerosene),
42600 - 6775 + 681 = 36506,
2502.62 - 681.3 = 1821.32,
q = 1821.32 / (36506 · 1.33) = 0.0375 kg / (kg air).

Для определения работы расширения газов дизеля нужно определить степень расширения газов в цилиндрах. Для этого определяют удельную плотность воздуха после сжатия в цилиндрах

Figure 00000006
(10330·14·0,45)/(670·29,3) = 7 кг/м3 , удельную плотность воздуха до сжатия после наполнения цилиндров при коэффициенте потерь давления σ1= 0,95
γ * в озд= (10330·0,95)/(288·29,3) = 1,16 кг/м3 отношение
Figure 00000007
* в озд = 7/1,16 = 6,035.To determine the expansion work of diesel gases, it is necessary to determine the degree of expansion of gases in the cylinders. To do this, determine the specific gravity of air after compression in the cylinders
Figure 00000006
(10330 · 14 · 0.45) / (670 · 29.3) = 7 kg / m 3 , specific air density before compression after filling the cylinders with a pressure loss coefficient σ 1 = 0.95
γ * at ozd = (10330 · 0.95) / (288 · 29.3) = 1.16 kg / m 3 ratio
Figure 00000007
/ γ * at ozd = 7 / 1.16 = 6.035.

Удельная плотность газов, полученная после сжигания топлива, γвозд *такая же, как и

Figure 00000008

Figure 00000009
9
Figure 00000010
3
Figure 00000011
1350/670) =
При расширении газов в цилиндрах дизеля давление в них должно быть выше, чем атмосферное давление, в
Figure 00000012
раза, при σ2= 0,95 давление в цилиндрах в конце расширения должно быть не менее
Рг* = 1,033/0,95 = 1,087 кг/см2.The specific gravity of gases obtained after fuel combustion, γ air * is the same as
Figure 00000008

Figure 00000009
9
Figure 00000010
3
Figure 00000011
1350/670) =
With the expansion of gases in diesel cylinders, the pressure in them must be higher than atmospheric pressure, in
Figure 00000012
times, with σ 2 = 0.95, the pressure in the cylinders at the end of the expansion should be at least
P g * = 1.033 / 0.95 = 1.087 kg / cm 2 .

Располагаемая степень расширения при этом
П * p = П * к ·σ1·σ2(T * г /T * к )= 14·0,95·0,95(2200/670= 41,5 .
Available degree of expansion at the same time
P * p = N * to Σ 1 σ 2 (T * g / T * to ) = 14 · 0.95 · 0.95 (2200/670 = 41.5.

Действительная степень расширения дизеля определяется методом последовательного приближения. The actual degree of expansion of a diesel engine is determined by the method of successive approximation.

Определяют температуру расширения Тг* газов в цилиндрах при степени расширения Пр* = 14.The expansion temperature T g * of gases in the cylinders is determined at the expansion degree P p * = 14.

Работа расширения без учета КПД
lр* = 2200˙29,3˙4˙[1-1/140,25] = 124536 кгс.
Expansion work without efficiency
l p * = 2200˙29.3˙4˙ [1-1 / 14 0.25 ] = 124536 kgf.

Тр* = 2200 - 124536/29,3·4 = 1137 К.T p * = 2200 - 124536 / 29.3 · 4 = 1137 K.

Удельная плотность газов в цилиндрах при этом
γ * p =

Figure 00000013
0,95 = 0,967 кг/м3;
Figure 00000014
= 0,967, Рр* = 0,967 ˙1137 x29,3 = 32214 кг/м3 = 3,2214 кг/см2 ,
0,967 ˙6,035 = 5,83 < 7.The specific density of gases in the cylinders
γ * p =
Figure 00000013
0.95 = 0.967 kg / m 3 ;
Figure 00000014
= 0.967, P p * = 0.967 ˙1137 x29.3 = 32214 kg / m 3 = 3.2214 kg / cm 2 ,
0.967 ˙ 6.035 = 5.83 <7.

1) Рассматривается
Пр* = 11,5; lр* = 2200˙23,3 ˙ 4 x[1-1/11,50,25] = 117755 кгм/кг,
Тр* = 2200 - 117755/(29,3·4) = 1195 К,
γ * p = [(10330·14·(288/670)·0,95] /(11,5·1195·29,3) = 1,12,
1,12 ˙6,035 = 6,76.
1) Considered
P p * = 11.5; l p * = 2200˙23.3 ˙ 4 x [1-1 / 11.5 0.25 ] = 117755 kgm / kg,
T p * = 2200 - 117755 / (29.3 · 4) = 1195 K,
γ * p = [(10330 · 14 · (288/670) · 0.95] / (11.5 · 1195 · 29.3) = 1.12,
1.12 ˙6.035 = 6.76.

2) Рассматривается
Пр* = 11; lр* = 2200˙29,3 ˙4 x
x [1-1/11025] = 116234 кгм/кг;
Тр* = 2200 - 116234/29,3·4 = 1208 К;
γ * p = [(10330·14 (288/670)·0,95] /(115·1208·29,3) = 1,158,
1,158 ˙6,035 = 6,99.
2) Considered
P p * = 11; l p * = 2200˙29.3 ˙4 x
x [1-1 / 11 025 ] = 116234 kgm / kg;
T p * = 2200 - 116234 / 29.3 · 4 = 1208 K;
γ * p = [(10330 · 14 (288/670) · 0.95] / (115 · 1208 · 29.3) = 1.158,
1.158 ˙6.035 = 6.99.

Степень расширения дизеля Пр* определяется равной 11.The degree of expansion of the diesel P p * is determined equal to 11.

Работа расширения дизеля
lр* = 2200 ˙29,3 ˙4 x
x[1-1/110,25] ˙0,9 = 104610 кгм/кг.
Diesel expansion work
l p * = 2200 ˙29.3 ˙4 x
x [1-1 / 11 0.25 ] ˙0.9 = 104610 kgm / kg.

Свободная работа дизеля
lсв* = 104610 - 39140 = 65471 кгм/кг.
Free diesel operation
l St * = 104610 - 39140 = 65471 kgm / kg.

Удельная мощность Nуд = 65471/75 = 872,9 л. с. /(кг вoзд. ).Specific power N beats = 65471/75 = 872.9 liters. with. / (kg unit).

Количество топлива, сжигаемого в одном кг воздуха для дизеля при заданных условиях, определено
q = 0,0375 кг/(кг вoзд. ) .
The amount of fuel burned in one kg of air for a diesel engine under given conditions is determined
q = 0.0375 kg / (kg weight.).

Удельный импульс по топливу
Iуд = 872,9/0,375 = 22277 л. с/кг топлива.
Fuel specific impulse
I beats = 872.9 / 0.375 = 22277 l. s / kg of fuel.

Удельный расход топлива Cl = 3600/23277 = 0,154659 кг/(л. с. /ч).Specific fuel consumption C l = 3600/23277 = 0.154659 kg / (hp / h).

Известный дизель Д-108 имеет значение удельного расхода топлива Cl = 0,175 кг/(л. с. /ч) при применении дизельного топлива с теплотворной способность Н4 = 10500 ккал/кг.The known diesel D-108 has a specific fuel consumption value C l = 0.175 kg / (l.s. / h) when using diesel fuel with a calorific value of N 4 = 10500 kcal / kg.

Удельный расход этого дизеля по предложенной методике
Сl = 0,154659 ·(11000/10500) = 0,162 кг/(л. с. /ч. )
Поправочный коэффициент для определения удельного расхода топлива предложенного двигателя
К = 0,175/0,162 = 1,08.
The specific consumption of this diesel engine according to the proposed method
With l = 0.154659 · (11000/10500) = 0.162 kg / (hp / h)
Correction factor for determining the specific fuel consumption of the proposed engine
K = 0.175 / 0.162 = 1.08.

Формула для определения расхода топлива, сжигаемого в одном кг воздуха, для предлагаемого двигателя определяется
q = [(CpT к г -CpT * к )·1,08] /[(H4ηг-iT * г +CpTк)·(Cp/Cv)] ,
Тк* = 760 К; СрТк* = 681,3; Тг* = 1350 К;
СрТг* = 1455,5; iТг* = 3488,65 [6] .
The formula for determining the fuel consumption burned in one kg of air for the proposed engine is determined
q = [(C p T to g -C p T * to ) · 1.08] / [(H 4 η g -iT * g + C p T k ) · (C p / Cv)],
T to * = 760 K; With p T k * = 681.3; T g * = 1350 K;
C p T g * = 1455.5; iT g * = 3488.65 [6].

Н4 ηг= 42600 (для керосина),
42600 - 3488,65 + 681,3 = 38792,
1455,5 - 681,3 = 774,2,
q = (774,2·1,08)/(39792·1,33) = 0,0158 кг/(кг возд. ).
H 4 η g = 42600 (for kerosene),
42600 - 3488.65 + 681.3 = 38792,
1455.5 - 681.3 = 774.2,
q = (774.2 · 1.08) / (39792 · 1.33) = 0.0158 kg / (kg air).

Удельный импульс по топливу
Iуд = 484/0,0158 = 30632,9 л. с. /(кг топлива).
Fuel specific impulse
I beats = 484 / 0.0158 = 30632.9 l. with. / (kg of fuel).

Удельный расход топлива
Cl = 3600/30632,9 = 0,118 кг/(л. с. /ч).
Specific fuel consumption
C l = 3600 / 30632.9 = 0.118 kg / (l.s. / h).

Определяются величины степени расширения газов в камерах рабочего тела и дополнительной машине расширения газов. The values of the degree of expansion of gases in the chambers of the working fluid and an additional gas expansion machine are determined.

Удельная плотность воздуха после наполнения камер рабочего тела
γ * в озд= (10330·1·0,95)/(288·29,3) = 1,16 кг/м3.
Specific air density after filling the chambers of the working fluid
γ * at ozd = (10330 · 1 · 0.95) / (288 · 29.3) = 1.16 kg / m 3 .

Удельная плотность воздуха после сжатия в камерах рабочего тела

Figure 00000015
= (10330·14·0,95)/(670·29,3) = 7,00 кг/м3,
отношение 7/1,16 = 6,035.Specific air density after compression in the chambers of the working fluid
Figure 00000015
= (10330 · 14 · 0.95) / (670 · 29.3) = 7.00 kg / m 3 ,
ratio 7 / 1.16 = 6.035.

В камерах рабочего тела после сжатия воздуха со степенью сжатия Пк* = 14 его объем уменьшается в 6,035 раза.In the chambers of the working fluid after compression of air with a compression ratio P k * = 14, its volume decreases by 6.035 times.

С учетом дополнительных потерь давления продуктов сгорания, подводимых в камеры рабочего тела, увеличение объема расширенных газов в камерах рабочего тела будет меньше в 6,035 раза из-за уменьшения плотности от коэффициентов потерь давления σ2иσ3 (см. выше).Given the additional pressure loss of the combustion products supplied to the chambers of the working fluid, the increase in the volume of expanded gases in the chambers of the working fluid will be 6.035 times less due to a decrease in density from the pressure loss coefficients σ 2 and σ 3 (see above).

При наполнении воздуха отклонение Vк к ΔV составит 6,035, где Vк - объем камер рабочего тела; ΔV - объем сжатого воздуха в камере наполнения. При наполнении газами занимаемый газами объем увеличится в 1/(0,95·0,95) = 1,1 раза.When filling the air, the deviation of V to ΔV will be 6.035, where V to is the volume of the chambers of the working fluid; ΔV is the volume of compressed air in the filling chamber. When filled with gases, the volume occupied by gases will increase by 1 / (0.95 · 0.95) = 1.1 times.

Отношение объема газа после расширения в камерах рабочего тела (объема камеры рабочего тела) к объему газов в камере рабочего тела до расширения Vк к ΔV уменьшается в 1,1 раза
vк/Δv = 6,033/1,1 = 5,4845.
The ratio of the volume of gas after expansion in the working fluid chambers (chamber volume of working fluid) to the volume of gases in the working fluid chamber to expand to V ΔV decreases to 1.1 times
v c / Δv = 6.033 / 1.1 = 5.4845.

Степень расширения газов в камерах рабочего тела определяется также методом последовательного приближения. The degree of expansion of gases in the chambers of the working fluid is also determined by the method of successive approximation.

Рассматривается степень расширения газов в камерах рабочего тела Пр* = 11.The degree of expansion of gases in the chambers of the working fluid P p * = 11 is considered.

Работа расширения без учета КПД
lр* = 1350 ˙29,3 ˙4 [1-1/110,25] = 71325 кгм/кг,
Тр* = 1350 - 71325/(29,3·4) = 741,4 К.
Expansion work without efficiency
l p * = 1350 ˙29.3 ˙4 [1-1 / 11 0.25 ] = 71325 kgm / kg,
T p * = 1350 - 71325 / (29.3 · 4) = 741.4 K.

Удельная плотность расширенного газа

Figure 00000016
95·0,95·0,95(1350/670)] /[11·741,4·29, ] 3 =
Удельная плотность газов до расширения
Figure 00000017
0
Figure 00000018
9
Figure 00000019
5
Figure 00000020
/
Figure 00000021
[
Figure 00000022
350·29,3] =
Рассматривается Пр* = 10 без учета КПД
lр* = 1350 ˙29,3 ˙4 1-(1/100,25) = 69237 кгм/кг,
Тр* = 1350 - (69237/29,3·4) = 759 К,
Figure 00000023
0
Figure 00000024
9
Figure 00000025
5·0,95·(1350/670)] /[10·759·29,3] =
Рассматривается Пр* = 9,8 без учета КПД
lp* = 1350˙29,3 ˙4 [1-(1/9,80,25)] =
= 68825 кгм/кг,
Тр* = 1350 - 68825/(29,3·4) = 762,7 К;
Figure 00000026
[
Figure 00000027
14·0,95·0,95·0,95·(1350/670)] /[9,8·762,7·29,3] =
6,313/1,14 = 5,53; Пр* = 9,7, без учета КПД
lр* = 1350 - 29,3 - 4 [1-1/9,70,25] =
= 68572 кгм/кг,
Тр* = 1350 - 68572,5/(29,3·4) = 764,9 К, γ * p = [10330·14·0,95·0,95·0,95(1350/670)] /[9,7·764,9·29,3] = 1,1487,
6,313/1,1487 = 5,49 близко к значению 5,48.The specific gravity of the expanded gas
Figure 00000016
95 · 0.95 · 0.95 (1350/670)] / [11 · 741.4 · 29,] 3 =
Specific gas density before expansion
Figure 00000017
0
Figure 00000018
9
Figure 00000019
5
Figure 00000020
/
Figure 00000021
[
Figure 00000022
350 · 29.3] =
Considered P p * = 10 excluding efficiency
l p * = 1350 ˙29.3 ˙4 1- (1/10 0.25 ) = 69237 kgm / kg,
T p * = 1350 - (69237 / 29.3 · 4) = 759 K,
Figure 00000023
0
Figure 00000024
9
Figure 00000025
5 · 0.95 · (1350/670)] / [10 · 759 · 29.3] =
Considered P p * = 9.8 excluding efficiency
l p * = 1350˙29.3 ˙4 [1- (1 / 9.8 0.25 )] =
= 68825 kgm / kg,
T p * = 1350 - 68825 / (29.3 · 4) = 762.7 K;
Figure 00000026
[
Figure 00000027
14 · 0.95 · 0.95 · 0.95 · (1350/670)] / [9.8 · 762.7 · 29.3] =
6.313 / 1.14 = 5.53; P p * = 9.7, excluding efficiency
l p * = 1350 - 29.3 - 4 [1-1 / 9.7 0.25 ] =
= 68572 kgm / kg,
T p * = 1350 - 68572.5 / (29.3 · 4) = 764.9 K, γ * p = [10330 · 14 · 0.95 · 0.95 · 0.95 (1350/670)] / [9.7 · 764.9 · 29.3] = 1.1487,
6.313 / 1.1487 = 5.49 is close to the value of 5.48.

Степень расширения газов в дополнительной машине расширения определяется
П

Figure 00000028
= П * p /5,48 = 20,59/5,48 = 3,757.The degree of expansion of gases in an additional expansion machine is determined
P
Figure 00000028
= N * p / 5.48 = 20.59 / 5.48 = 3.777.

Для примера рассматривается двигатель внутреннего сгорания, выполненный по предлагаемому способу и устройству, значение эффективной мощности равно Nэф = 80 л. с. , с двумя камерами рабочего тела, двумя рядами пар оппозитных цилиндров дополнительной машины расширения при значениях Пк* = 14, Тг* = 1350 К.For example, we consider an internal combustion engine made by the proposed method and device, the value of the effective power is N eff = 80 l. with. , with two chambers of the working fluid, two rows of pairs of opposed cylinders of an additional expansion machine at values of P k * = 14, T g * = 1350 K.

Расход воздуха через камеру сгорания при этом

Figure 00000029
= 80/484 = 0,16528 кг/с.The air flow through the combustion chamber
Figure 00000029
= 80/484 = 0.16528 kg / s.

Объемный расход воздуха при наполнении воздухом из камеры рабочего тела Q1 = 0,16528/1,16 = 0,14248 м3/с.The volumetric air flow rate when filling with air from the chamber of the working fluid Q 1 = 0.16528 / 1.16 = 0.14248 m 3 / s.

Объем камеры рабочего тела при частоте вращения ротора Пр = 6000 об/мин в количестве их, равном 2, определяется vк= 0,14248/[(6000/60)·(2/2)] = 0,14248/100 = 0,0014248 м3 = 1424,8 см3.The volume of the chamber of the working fluid at a rotor speed of P p = 6000 rpm in an amount of 2 is determined by v k = 0.14248 / [(6000/60) · (2/2)] = 0.14248 / 100 = 0.0014248 m 3 = 1424.8 cm 3 .

Если при этом внутренний диаметр D корпуса по камере рабочего тела принять равным 250 мм, а диаметр d по гильзе ротора принять равным 180 мм, то длина камеры рабочего тела равна vк≈ [(π·252/4)-(π·182/4)/2] -[(25-18/2)·bперег.] ·l ; при ширине перегородок bперег = 2,5 см,
101,9 ˙ l ≈1424,8; l ≈1424,8/101,9 ≈13,98 см ≈140 мм.
If the inner diameter D body of working fluid chamber taken equal to 250 mm and the diameter d of the rotor liner taken equal to 180 mm, the working fluid chamber length is equal to v to ≈ [(π · 25 2/4) - (π · 18 2/4) / 2] - [(25-18 / 2) · b inflection. ] · L; with the width of the partitions b over = 2.5 cm,
101.9 ˙ l ≈1424.8; l ≈1424.8 / 101.9 ≈13.98 cm ≈140 mm.

Удельная поверхность газов в цилиндрах дополнительной машины расширения газов до расширения
γ * з д.м =

Figure 00000030
Figure 00000031
= 0,9852 кг/м3.The specific surface area of the gases in the cylinders of an additional gas expansion machine before expansion
γ * s d.m =
Figure 00000030
Figure 00000031
= 0.9852 kg / m 3 .

Объемный расход газа через цилиндры Qг = 0,16528/0,9852 = 0,1678 м3/с = 167800 см3/с.The volumetric gas flow through the cylinders Q g = 0.16528 / 0.9852 = 0.1678 m 3 / s = 167800 cm 3 / s.

При частоте вращения коленвала nк.в. = = 6000 об/мин при охлаждении атмосферным воздухом при общем количестве цилиндров 4 объем одного цилиндра ΔV определяется
Δv = [(167800/6000)/60] ·2 = 839 см3 = 839 см3.
With a crankshaft speed of n.s. = = 6000 rpm when cooled by atmospheric air with a total number of cylinders 4 the volume of one cylinder ΔV is determined
Δv = [(167800/6000) / 60] · 2 = 839 cm 3 = 839 cm 3 .

Степень расширения газов в цилиндрах дополнительной машины расширения газов определена П

Figure 00000032
= 3,757 (см. выше).The degree of expansion of gases in the cylinders of an additional gas expansion machine is determined by P
Figure 00000032
= 3.777 (see above).

Работа расширения при этом без учета КПД lр* = 764,9 ˙29,3 ˙4 [1-1/3,7570,25] =
= 25280,25 кгм/кг;
Тр* = 764,9 - 25280,25/(29,3·4) = 549,2 К;
γ * p = 10330/(σ6·549·29,3) = 0,7555 кг/м3.
In this case, the expansion work without taking into account the efficiency l p * = 764.9 ˙29.3 ˙4 [1-1 / 3.757 0.25 ] =
= 25280.25 kgm / kg;
T p * = 764.9 - 25280.25 / (29.3 · 4) = 549.2 K;
γ * p = 10330 / (σ 6 · 549 · 29.3) = 0.7555 kg / m 3 .

Объемный расход газов при этом
Qг = 0,16528/0,7555 = 0,2188 м3/с,
γ * г .а.м * p = 0,9852/0,2188 = 4,502,
Vц = 839 ˙4,502 = 3788 см3.
The volumetric flow rate of gases
Q g = 0.16528 / 0.7555 = 0.2188 m 3 / s,
γ * g .a.m / γ * p = 0.9852 / 0.2188 = 4.502,
V c = 839 ˙ 4.502 = 3788 cm 3 .

При ходе поршней Н = D диаметр поршней цилиндров определяется
(π·D2/4)D = 3788; D =

Figure 00000033
=
Figure 00000034
= 16,9 см
Для уменьшения диаметра поршней цилиндров количество оппозитно расположенных цилиндров можно увеличить. При общем количестве цилиндров z = 8 рабочий объем одного цилиндра Vц = 3788/4;
D =
Figure 00000035
=
Figure 00000036
= 10,6 см.When the piston stroke H = D, the diameter of the cylinder pistons is determined
(π · D 2/4) D = 3788; D =
Figure 00000033
=
Figure 00000034
= 16.9 cm
To reduce the diameter of the pistons, the number of opposed cylinders can be increased. With a total number of cylinders z = 8, the working volume of one cylinder is V c = 3788/4;
D =
Figure 00000035
=
Figure 00000036
= 10.6 cm.

При выполнении дополнительной машины расширения без охлаждения диаметр цилиндров поршней при общем количестве их 8 имеет значение частоты вращения коленчатых валов
nкв = 6000 об/мин диаметр поршней цилиндров определяется
D =

Figure 00000037
=
Figure 00000038
= 8,45 cм. (56) Патент США N 4245597, кл. F 02 B 53/00, опубл. 1981. When performing an additional expansion machine without cooling, the diameter of the piston cylinders with a total of 8 is the value of the crankshaft speed
n sq = 6000 rpm, the diameter of the pistons of the cylinders is determined
D =
Figure 00000037
=
Figure 00000038
= 8.45 cm. (56) U.S. Patent No. 4,245,597, cl. F 02 B 53/00, publ. 1981.

Claims (3)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, осуществляемый путем впуска, свежего заряда в роторную объемную машину, сжатия, перепуска сжатого заряда в камеру сгорания постоянного объема, подачи в последнюю топлива через по меньшей мере одну форсунку, воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси, перепуска горящих газов из камеры сгорания и двухстадийного расширения отработавших газов с преобразованием работы расширения во вращение выходного вала и последующим их выпуском в атмосферу, отличающийся тем, что подачу топлива в камеру сгорания осуществляют постоянно, горящие газы перепускают из камеры сгорания обратно в роторную объемную машину с расширением в ней отработавших газов, а дорасширяют последние путем их перепуска из роторной объемной машины в поршневой расширитель, причем количество топлива, подаваемого в камеру сгорания, регулируют путем изменения количества подключаемых форсунок. 1. The method of operation of an internal combustion engine, carried out by admitting a fresh charge to a rotary volumetric machine, compressing, transferring a compressed charge to a constant-volume combustion chamber, supplying fuel to the latter through at least one nozzle, igniting and burning a fuel-air mixture, bypassing burning gases from the combustion chamber and two-stage expansion of exhaust gases with the conversion of the expansion work into rotation of the output shaft and their subsequent release into the atmosphere, characterized in that the fuel supply in the chamber in the case of combustion, it is carried out continuously, burning gases are transferred from the combustion chamber back to the rotary volumetric machine with the exhaust gases expanding therein, and the latter are expanded by transferring them from the rotary volumetric machine to the piston expander, and the amount of fuel supplied to the combustion chamber is controlled by changing the amount connected nozzles. 2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, установленные в нем на выходном валу роторные нагнетатель и расширитель, выполненные в виде цилиндра с установленными в нем перегородками и вращающимся поршнем, и машину продолженного расширения и камеру сгорания постоянного объема, соединенную с нагнетателем и расширителем при помощи газовых каналов с установленными в них клапанами с приводом и снабженную по меньшей мере одной форсункой и воспламенителем, отличающийся тем, что роторные нагнетатель и расширитель выполнены заодно, на рабочей поверхности цилиндра расположено кольцевое эластичное уплотнение, вращающийся поршень выполнен в виде подшипника качения, установленного на выходном валу эксцентрично относительно оси цилиндра и контактирующего своей обоймой с уплотнением цилиндра, перегородки установлены на цилиндрических направляющих, закрепленных в цилиндре, машина продолженного расширения выполнена поршневой и снабжена механизмом газораспределения и коленчатым валом, соединенным с выходным валом, а привод клапанов выполнен в виде кулачковых дисков, установленных соосно с выходным валом и связанных с ним кинематически при помощи редукторов с передаточным отношением i= 2, причем механизм газораспределения выполнен в виде золотника, установленного вокруг машины продолженного расширения, соединенного кинематически с кулачковым диском и снабженного кольцевым заборником газов, связанным с расширителем роторной машины. 2. An internal combustion engine comprising a housing, a rotary supercharger and an expander mounted in it on the output shaft, made in the form of a cylinder with partitions and a rotating piston installed in it, and a continuous expansion machine and a constant volume combustion chamber connected to the supercharger and expander using gas channels with installed valves with actuator and equipped with at least one nozzle and igniter, characterized in that the rotary supercharger and expander are made in one piece, n an elastic ring seal is located on the working surface of the cylinder, the rotating piston is made in the form of a rolling bearing mounted eccentrically on the output shaft relative to the axis of the cylinder and in contact with the cylinder seal, partitions are mounted on cylindrical guides mounted in the cylinder, the continuous expansion machine is made of a piston and equipped with a mechanism gas distribution and a crankshaft connected to the output shaft, and the valve actuator is made in the form of cam discs, mounted coaxially with the output shaft and kinematically connected with it using gearboxes with a gear ratio i = 2, the gas distribution mechanism made in the form of a spool mounted around a continuous expansion machine, kinematically connected to a cam disk and equipped with an annular gas intake connected to the expander of the rotary machine . 3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что золотник механизма газораспределения снабжен кольцевым заборником подвода охлаждающего воздуха.  3. The engine according to claim 2, characterized in that the valve spool is equipped with an annular intake for supplying cooling air.
SU914915651A 1991-03-04 1991-03-04 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine RU2006616C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914915651A RU2006616C1 (en) 1991-03-04 1991-03-04 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914915651A RU2006616C1 (en) 1991-03-04 1991-03-04 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2006616C1 true RU2006616C1 (en) 1994-01-30

Family

ID=21562964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914915651A RU2006616C1 (en) 1991-03-04 1991-03-04 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2006616C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA010122B1 (en) * 2003-04-01 2008-06-30 Эдуард Зележни A method and a device for converting heat energy into mechanical energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA010122B1 (en) * 2003-04-01 2008-06-30 Эдуард Зележни A method and a device for converting heat energy into mechanical energy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5072589A (en) Internal combustion engine having multiple expansion and compression
AU2002340887B2 (en) Reciprocating piston engine comprising a rotative cylinder
US5199391A (en) Toroidal internal combustion engine
US7650860B2 (en) Engine with pivoting type piston
US6199369B1 (en) Separate process engine
IE43019B1 (en) Improvements in or relating to valves for internal combustion engines
US6341590B1 (en) Rotary engine
RU2445477C2 (en) Internal combustion engine
EP0510125A1 (en) Rotary internal combustion engine.
US5372107A (en) Rotary engine
US6712039B2 (en) Internal combustion engines
US3886734A (en) Continuous combustion engine
US3692005A (en) Internal pressure engine
RU2006616C1 (en) Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine
US5946903A (en) Internal combustion engine having a separate rotary combustion chamber
US4392460A (en) Parallel inherently balanced rotary valve internal combustion engine
US3934559A (en) Anti-pollutant spherical rotary engine with automatic supercharger
US2083730A (en) Internal combustion engine
US3970057A (en) Internal combustion engine
RU2013629C1 (en) Engine
CN100406696C (en) Two-stroke engine with rotor combustion chamber
RU2167315C2 (en) Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle
WO2007120074A2 (en) Turbo-piston engine and a turbo-piston supercharger
RU2198309C2 (en) Turboengine plant
RU2076216C1 (en) Internal combustion engine with doubled number of cylinders