RU2079677C1 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2079677C1
RU2079677C1 RU9494004157A RU94004157A RU2079677C1 RU 2079677 C1 RU2079677 C1 RU 2079677C1 RU 9494004157 A RU9494004157 A RU 9494004157A RU 94004157 A RU94004157 A RU 94004157A RU 2079677 C1 RU2079677 C1 RU 2079677C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compression
engine
air
gas
expansion
Prior art date
Application number
RU9494004157A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94004157A (en
Inventor
Адольф Васильевич Касьянов
Валерий Васильевич Касьянов
Валерий Адольфович Касьянов
Original Assignee
Адольф Васильевич Касьянов
Валерий Васильевич Касьянов
Валерий Адольфович Касьянов
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 Адольф Васильевич Касьянов, Валерий Васильевич Касьянов, Валерий Адольфович Касьянов filed Critical Адольф Васильевич Касьянов
Priority to RU9494004157A priority Critical patent/RU2079677C1/en
Publication of RU94004157A publication Critical patent/RU94004157A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2079677C1 publication Critical patent/RU2079677C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: one cycle of operation with high air compression pressure and gas expansion takes place in piston portion of engine in one or two cylinders, including two-stroke cycle with cylinder scavenging and low pressure operation - in rotor compressor and expander. Scheme of operation with compression of air in first stage and complete expansion of gas in cylinder operating according to two-stroke cycle with scavenging or at two step compression of air in rotary and piston compressor can also be used. After combustion of fuel gas expands completely in one cylinder of piston portion of engine. EFFECT: increased specific power and economy of engine at high levels of working cycle frequency. 8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно в двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, namely in internal combustion engines.

Известны двухтактные и четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, например, приведенные в книге В.А.Ваншедта "Судовые ДВС", Судостроение. Л. 1977 г. стр. 10 15 и 363 381, у которых рабочий цикл осуществляется полностью в цилиндре за два и четыре такта (один + два оборота коленвала). При их совершенствовании есть трудности в формировании по удельной мощности за счет увеличения частоты циклов, из-за увеличения нагрузок от сил инерции и длительности процесса сгорания; одновременно увеличивается расход топлива. Two-stroke and four-stroke internal combustion engines are known, for example, those given in the book by V.A. Vanshedt "Marine ICE", Shipbuilding. L. 1977, pp. 10 15 and 363 381, in which the duty cycle is carried out completely in the cylinder in two and four cycles (one + two crankshaft turns). With their improvement, there are difficulties in the formation of specific power due to an increase in the frequency of cycles, due to an increase in loads from inertia forces and the duration of the combustion process; at the same time increases fuel consumption.

В роторном двигателе [1] в котором рабочий цикл выполняется лопастями, двигающимися по окружности и друг относительно друга, возможна реализация частот вращения вала высокого уровня, однако мощность и экономичность ограничивается невозможность увеличить максимальное давление цикла более 10 - 15 кг/см2 из-за утечек газа в уплотнениях и стыках.In a rotary engine [1] in which the duty cycle is performed by blades moving in a circle and relative to each other, high-speed shaft speeds can be realized, however, power and economy are limited by the inability to increase the maximum cycle pressure of more than 10 - 15 kg / cm 2 due to gas leaks in seals and joints.

Прототипом может служить двигатель, приведенный в [2]
Выпускные газы, выходящие из двухтактного двигателя внутреннего сгорания, своим давлением воздействуют на заслонку типа лопасти роторного двигателя, которая, вращаясь вокруг ось в цилиндрической камере, сжимает воздух для продувки цилиндра. Недостатком является то, что энергия выпускных газов используется только для наполнения цилиндра; не учета возможность получения дополнительной полезной работы.The prototype can be the engine given in [2]
The exhaust gases exiting the two-stroke internal combustion engine, by their pressure, act on a damper such as a blade of a rotary engine, which, rotating around an axis in a cylindrical chamber, compresses the air to purge the cylinder. The disadvantage is that the energy of the exhaust gases is used only to fill the cylinder; not taking into account the possibility of obtaining additional useful work.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение удельной мощности и экономичности двигателя с применением высоких уровней частот рабочих циклов. The aim of the invention is to increase the specific power and efficiency of the engine using high frequency levels of duty cycles.

Поставленная цель достигается применением двухступенчатого сжатия воздуха и двухступенчатого расширения газа (смеси воздуха с продуктами сгорания) с применением устройств, обеспечивающих выполнение этих процессов. This goal is achieved by the use of two-stage compression of the air and two-stage expansion of the gas (air mixture with combustion products) with the use of devices that ensure the performance of these processes.

На фиг. 1, 2 и 3 приведены варианты схем двигателя, способствующих выполнению поставленной цели. In FIG. 1, 2 and 3 are options for engine designs that contribute to the achievement of the goal.

двигатель состоит из поршневого расширителя (ПР) 1, охладителя (ОХ)-2, поршневого компрессора (ПК)-3, теплообменника (ТО)-4, работающего на выхлопных газах, камеры сгорания (КС)-5, роторного компрессора (РК)-6 и роторного расширителя (РР)-7. the engine consists of a piston expander (PR) 1, cooler (OX) -2, a piston compressor (PC) -3, a heat exchanger (TO) -4 working on exhaust gases, a combustion chamber (KS) -5, a rotary compressor (PK) -6 and rotary expander (PP) -7.

По представленной на фиг. 1 схеме двигатель работает следующим образом. Свежий заряд воздуха сжимается в РК (6), осуществляющим первую ступень сжатия, до давления 7 -10 кг/см2 и температуры 250 300oC. Затем охлаждается до 20 50oC в ОХ (2) и поступает в ПК (3), где сжимается со степенью сжатия E 4 5 до давления 40 70 кг/см2 и вытесняется в ТО (4). В теплообменнике он нагревается до температуры выпускных газов /500 - 1000oC), а затем поступает в КС (5), куда одновременно поступает топливо, с последующим сгоранием. После окончания процесса сгорания, газ поступает в ПР (1), расширяется от давления 40 70 кг/см2 до давления 10 15 кг/см2 и вытесняется в РР (7) для дальнейшего расширения и выпуска в атмосферу с передачей теплоты в ТО (4).As shown in FIG. 1 circuit, the engine operates as follows. A fresh charge of air is compressed in RK (6), which carries out the first stage of compression, to a pressure of 7 -10 kg / cm 2 and a temperature of 250 300 o C. Then it is cooled to 20 50 o C in OX (2) and enters the PC (3) where it is compressed with a compression ratio of E 4 5 to a pressure of 40 70 kg / cm 2 and is displaced in TO (4). In the heat exchanger it is heated to the temperature of the exhaust gases / 500 - 1000 o C), and then enters the compressor station (5), where the fuel enters at the same time, followed by combustion. After the end of the combustion process, the gas enters the PR (1), expands from a pressure of 40 70 kg / cm 2 to a pressure of 10 15 kg / cm 2 and is displaced into the PP (7) for further expansion and release into the atmosphere with the transfer of heat to the TO ( 4).

Суммарный объем ПР и РР может быть больше суммарного объема РК и ПК для возможности получения дополнительной мощности и экономии топлива за счет увеличения степени расширения газов. The total volume of PR and PP can be greater than the total volume of the RK and PC for the possibility of obtaining additional power and fuel economy by increasing the degree of expansion of gases.

Диаграмма рабочего цикла, в координатах давления (Р) и объема (V), приведена на фиг.4, где площадь 1 характеризует работу сжатия в первой степени компрессора РК с последующим уменьшением объема в ОХ, площадь 2 работа сжатия во второй степени компрессора ПК, Линия 3 характеризует увеличение объема зарядка воздуха в ТО и КС и наполнение ПР, площадь 4 работа газов в ПР и 5 в РР. The duty cycle diagram, in the coordinates of pressure (P) and volume (V), is shown in figure 4, where area 1 characterizes the compression work in the first degree of the compressor of the Republic of Kazakhstan with a subsequent decrease in volume in OX, area 2 compression work in the second degree of the compressor of the PC, Line 3 characterizes an increase in the volume of air charging in TO and KS and filling of PR, area 4 is the work of gases in PR and 5 in PP.

Во всех агрегатах выполняются двухтактные циклы. Так как сжатие и расширение воздуха и газа с большими уровнями давлений в поршневой части двигателя, по объему в E раз меньшим, чем в обычном цикле, то при неизменной частоте коленвала, объем цилиндров и геометрические размеры уменьшаются, естественно, в 4 5 и 1,6 1,7 раза. С учетом представляющейся возможности увеличить частоту циклов в 3 раза 12 15 и 2,3 2,5 раза а отсюда, соответственно, уменьшается объем и вес двигателя или, при тех же размерах, возможно существенное увеличение мощности. Объемы РК и РР входят в указанные габариты, частота их циклов равна 10 30 тыс. мин. All units carry out push-pull cycles. Since the compression and expansion of air and gas with high pressure levels in the piston part of the engine, in volume E times smaller than in a normal cycle, with a constant crankshaft frequency, the cylinder volume and geometric dimensions decrease, naturally, in 4 5 and 1, 6 1.7 times. Given the opportunity, it is possible to increase the frequency of cycles by 3 times 12 15 and 2.3 2.5 times and hence, accordingly, the volume and weight of the engine decreases, or, with the same dimensions, a significant increase in power is possible. Volumes of RK and PP are included in the indicated dimensions, the frequency of their cycles is 10 30 thousand min.

Применение предлагаемой схемы позволит улучшить экономичность работы двигателя за счет использования тепла выпускных газов в ТО и сгорания топлива в КС, где время, отводимое в процесс сгорания, возможно увеличить в несколько раз. Газ после КС, поступив в ПР, не имеет периода догорания на линии расширения при любой частоте циклов. The application of the proposed scheme will improve the efficiency of the engine due to the use of heat of exhaust gases in TO and combustion of fuel in the compressor station, where the time allocated to the combustion process can be increased several times. The gas after CS, entering the PR, does not have a burn-out period on the expansion line at any frequency of cycles.

В итоге мы имеем 4 фактора уменьшающих затрат топлива на выполнение полезной работы: промежуточное охлаждение сжимаемого воздуха, использование тепла выпускных газов, отсутствие догорания топлива на линии расширения и увеличение объемов, участвующих в расширении в сравнении с объемами сжатия газов. As a result, we have 4 factors that reduce fuel costs for useful work: intermediate cooling of compressible air, use of exhaust gas heat, the absence of fuel burnout on the expansion line and the increase in the volumes involved in expansion compared to gas compression volumes.

Применение двухступенчатого сжатия воздуха, помимо сжатия давления в роторном компрессоре, диктуется необходимость увеличения хода вытеснения его с меньшей степенью влияния вредного пространства промежуточным охлаждением воздуха, снижающим затраты энергии на осуществление цикла. The use of two-stage air compression, in addition to pressure compression in a rotary compressor, dictates the need to increase the course of its displacement with a lesser degree of influence of harmful space by intermediate air cooling, which reduces energy costs for the cycle.

Возможна комплектовка двигателей без ТО, ОХ и КС. Тогда сжатие воздуха во второй ступени, сгорание и расширение в первой ступени выполняется в одном цилиндре, работающем в четырехтактном цикле: впуск, сжатие, сгорание-расширение и выпуск отработавших газов. Для неизменной мощности двигателя, по схеме фиг.1,количество цилиндров и их объем остается практически неизменными. It is possible to complete engines without TO, OH and KS. Then, air compression in the second stage, combustion and expansion in the first stage is performed in one cylinder operating in a four-stroke cycle: inlet, compression, combustion-expansion and exhaust. For a constant engine power, according to the scheme of figure 1, the number of cylinders and their volume remains almost unchanged.

Схема, представленная на фиг. 2, отличается от схемы фиг. 1 тем, что расширение газа выполняется только в рабочем цилиндре ПР (1). Преимуществом двигателя, работающего по этой схеме, в сравнении с обычной, является то, что поставленная цель достигается увеличением частоты циклов от более качественного процесса сгорания и от замены четырехтактного режима работы ПР, двухтактным. The circuit shown in FIG. 2 differs from the circuit of FIG. 1 by the fact that gas expansion is carried out only in the working cylinder PR (1). The advantage of an engine operating according to this scheme, compared with the usual one, is that the goal is achieved by increasing the frequency of the cycles from a better combustion process and from replacing the four-stroke operation mode of the PR with a two-stroke operation.

На фиг. 3 приведена упрощенная схема двигателя. Роль первой ступени сжатия воздуха выполняет ПР (1). Далее применено охлаждение в ОХ (2),сжатие во второй ступени компрессора ПК (3), выпуск, подогрев в ТО (4) и КС (5) и расширение газов в ПР (1) с последующей продувкой объема, по методам, применяемым в двухтактных двигателях, и выпуском отработавших в цикле газов в атмосферу через ТО (4). In FIG. 3 shows a simplified diagram of the engine. The role of the first stage of air compression is performed by PR (1). Then, cooling in OX (2), compression in the second stage of the PC compressor (3), exhaust, heating in the maintenance unit (4) and the compressor station (5) and gas expansion in the PR (1) with subsequent purging of the volume, using the methods used in two-stroke engines, and the release of exhaust gases in the cycle to the atmosphere through maintenance (4).

По экономичности работы двигателя схемы фиг. 1 и 2 обеспечивают одинаковый расход топлива. Однако во втором случае для расширения газов требуется большой объем цилиндра. Схема, представленная на фиг. 3, значительно проще в использовании, в сравнении с первыми двумя, но в меньшей степени реализует предлагаемые мероприятия. Мощность снижается из-за наличия продувочных окон и невозможности реализовать продолженное расширение. Последнее приводит также к уменьшению эффекта снижения расхода топлива. In terms of engine efficiency, the circuit of FIG. 1 and 2 provide the same fuel consumption. However, in the second case, a large cylinder volume is required to expand the gases. The circuit shown in FIG. 3, much easier to use, in comparison with the first two, but to a lesser extent implements the proposed activities. Power is reduced due to the presence of purge windows and the inability to realize continued expansion. The latter also leads to a decrease in the effect of reducing fuel consumption.

Во всех приведенных схемах применены поршневой компрессор второй ступени сжатия воздуха, который по диаметру практически в три раза меньше, чем диаметр поршневого расширителя или поршня двигателя, что ухудшает унификацию, осложняет размещенные клапанов и качество изготовления деталей. Есть три пути увеличения его диаметра:
уменьшения хода поршня;
включение в работу через несколько тактов ПР с холостым движение при закрытых клапанах;
включение в работу через несколько тактов ПР с выполнением работы по созданию избыточного наддува ПР, в промежутки времени свободные от компрессорного режима, или создания давления в любой магистрали технического воздуха.All the above schemes use a piston compressor of the second stage of air compression, which is almost three times smaller in diameter than the diameter of the piston expander or engine piston, which worsens unification, complicates the valves and the quality of parts manufacturing. There are three ways to increase its diameter:
piston stroke reduction;
inclusion in the work after several clock cycles with idling movement with closed valves;
inclusion in the work after several cycles of the PR with the implementation of the work to create excess boost of the PR, at intervals free from the compressor mode, or the creation of pressure in any line of technical air.

Claims (8)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, поршень, механизм газораспределения и камеру сгорания, отличающийся тем, что работа цикла с высоким давлением сжатия воздуха и расширения газа выполняется в поршневой части двигателя, а с низким давлением, равным 10 25% от максимального давления цикла в роторном компрессоре и расширителе. 1. An internal combustion engine comprising cylinders, a piston, a gas distribution mechanism and a combustion chamber, characterized in that the operation of the cycle with a high pressure of air compression and expansion of the gas is performed in the piston part of the engine, and with a low pressure equal to 10 25% of the maximum cycle pressure in a rotary compressor and expander. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что высокое давление сжатия и расширения реализуется в одном или двух цилиндрах с разделением на сжатие и расширение. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the high compression and expansion pressures are realized in one or two cylinders with separation into compression and expansion. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при двухступенчатом сжатии воздуха расширение газа выполняется полностью от максимального до минимального давления на выпуске в одном цилиндре. 3. The engine according to claim 1, characterized in that with two-stage air compression, the expansion of the gas is performed completely from maximum to minimum pressure at the outlet in one cylinder. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что сжатие в первой ступени и полное расширение газа выполняется в одном цилиндре, работающему по двухтактному циклу с продувкой. 4. The engine according to claim 1, characterized in that the compression in the first stage and the full expansion of the gas is carried out in one cylinder, operating on a push-pull cycle with a purge. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что после сжатия воздуха в первой ступени, общего процесса сжатия применено охлаждение его. 5. The engine according to claim 1, characterized in that after air compression in the first stage, the overall compression process applied cooling it. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что после сжатия воздуха во второй ступени, общего процесса сжатия применен подогрев его в теплообменнике от выхлопных газов и в камере сгорания от теплоты сжигаемого топлива, расположенной до органов газораспределения двигателя. 6. The engine according to claim 1, characterized in that after the air is compressed in the second stage, the general compression process is applied to heat it in the heat exchanger from exhaust gases and in the combustion chamber from the heat of the fuel burned, located to the engine gas distribution bodies. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что суммарный объем, в котором газ расширяется, больше суммарного объема, в котором сжимается воздух, необходимый для осуществления процесса сгорания топлива. 7. The engine according to claim 1, characterized in that the total volume in which the gas expands is greater than the total volume in which air is compressed, which is necessary for the process of fuel combustion. 8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что для увеличения диаметра поршневого компрессора второй ступени вплоть до диаметра поршневого расширителя цикл сжатия выполняется через несколько циклов расширения газа в поршневом расширителе с работой в промежутках, с закрытым положением механизма газораспределения, для дополнительного наддува или продувки цилиндра при подаче воздуха в технологическую магистраль. 8. The engine according to claim 1, characterized in that in order to increase the diameter of the piston compressor of the second stage up to the diameter of the piston expander, the compression cycle is performed after several gas expansion cycles in the piston expander with operation in intervals, with the valve timing mechanism closed, for additional boost or purge the cylinder when supplying air to the process line.
RU9494004157A 1994-02-08 1994-02-08 Internal combustion engine RU2079677C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494004157A RU2079677C1 (en) 1994-02-08 1994-02-08 Internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9494004157A RU2079677C1 (en) 1994-02-08 1994-02-08 Internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94004157A RU94004157A (en) 1995-11-20
RU2079677C1 true RU2079677C1 (en) 1997-05-20

Family

ID=20152214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9494004157A RU2079677C1 (en) 1994-02-08 1994-02-08 Internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2079677C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1612102, кл. F 02 G 1/045, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР N 1765473, кл. F 02 B 27/00, 1990. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2433433C (en) Eight-stroke internal combustion engine utilizing a slave cylinder
US6216462B1 (en) High efficiency, air bottoming engine
US4791787A (en) Regenerative thermal engine
US7937943B2 (en) Heat engines
EP1866530B1 (en) Double piston cycle engine
US4936262A (en) Regenerative thermal engine
US6314925B1 (en) Two-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head
WO1998021456A1 (en) Air-cooled self-supercharging four stroke internal combustion engine
US4599863A (en) Compound internal combustion and external combustion engine
RU2079677C1 (en) Internal combustion engine
WO2003046347A1 (en) Two-stroke recuperative engine
AU595795B2 (en) Regenerative thermal engine
CN205689266U (en) Controlled elasticity internal combustion engine
EP1230472A1 (en) Z-engine
Deshwal et al. Optimizing internal combustion engine with the help of variable valve timing mechanism
EP1528234B1 (en) Eight-stroke internal combustion engine utilizing a slave cylinder
RU2435975C2 (en) Menshov internal combustion engine
RU2167315C2 (en) Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle
RU2253740C2 (en) Internal combustion engine
GB2205900A (en) Compound I.C. engine
RU2031221C1 (en) Method of operation of internal combustion engine
RU2133354C1 (en) Method to provide working processes in internal combustion engines
RU2043514C1 (en) Method of operating two-stroke internal combustion engine
Pavletic et al. 'Better'cycle engines
RU2163975C1 (en) Internal combustion engine operation method