RU2167315C2 - Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle - Google Patents
Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167315C2 RU2167315C2 RU99109646A RU99109646A RU2167315C2 RU 2167315 C2 RU2167315 C2 RU 2167315C2 RU 99109646 A RU99109646 A RU 99109646A RU 99109646 A RU99109646 A RU 99109646A RU 2167315 C2 RU2167315 C2 RU 2167315C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- combustion chamber
- fuel
- combustion
- chamber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to engine building, and in particular to internal combustion engines.
Известны способы работы двигателя внутреннего сгорания, в которых осуществляется термодинамический процесс по схеме Отто или Дизеля и занимают два оборота коленчатого вала или четыре последовательных хода (такта) поршня в одном цилиндре. Known methods of operating an internal combustion engine in which a thermodynamic process is carried out according to the Otto or Diesel scheme and take two turns of the crankshaft or four consecutive piston strokes (cycles) in one cylinder.
Двигатели, работающие по этим способам, бывают четырехтактные и двухтактные, т.е. весь рабочий процесс у них может происходить в течение четырех или двух ходов каждого поршня-тактов. Engines using these methods are four-stroke and two-stroke, i.e. their entire working process can take place over four or two strokes of each piston strokes.
Топливо в этих двигателях может смешиваться с воздухом в карбюраторе или же непосредственно в цилиндрах двигателя с впрыском топлива. The fuel in these engines can be mixed with air in the carburetor or directly in the engine cylinders with fuel injection.
При осуществлении рабочего процесса по принципу Отто невозможно применять высокую степень сжатия и качественное регулирование топливного заряда. Пределом повышения степени сжатия в этих двигателях является детонационное сгорание топлива, что уменьшает мощность двигателя, его экономичность и увеличивает нагрузку на шатунно-поршневую группу. When implementing the workflow according to the Otto principle, it is impossible to apply a high compression ratio and high-quality regulation of the fuel charge. The limit of increasing the compression ratio in these engines is detonation combustion of fuel, which reduces engine power, its efficiency and increases the load on the connecting rod and piston group.
При осуществлении рабочего процесса по принципу Дизеля, работающего на тяжелом топливе с раздельным вводом топлива и воздуха и самовоспламенением топливной смеси, имеем более высокую степень сжатия, чем это необходимо для оптимального значения в ДВС. Одна из основных характеристик двигателя - это эффективный коэффициент полезного действия, т.е. отношение количества тепла, превращенного в полезную механическую работу коленчатого вала двигателя к количеству тепла, содержащегося в топливе, введенном в цилиндр. When carrying out the workflow on the principle of a diesel engine operating on heavy fuel with separate injection of fuel and air and self-ignition of the fuel mixture, we have a higher compression ratio than is necessary for the optimal value in the internal combustion engine. One of the main characteristics of an engine is its effective efficiency, i.e. the ratio of the amount of heat converted into useful mechanical work of the engine crankshaft to the amount of heat contained in the fuel introduced into the cylinder.
У дизельных двигателей - это коэффициент наибольший из ДВС и находится в пределах 35-40 %. For diesel engines - this is the largest coefficient of internal combustion engines and is in the range of 35-40%.
В описываемых круговых термодинамических процессах (циклах) отмечается, что термическим коэффициентом полезного действия называется отношение теплового эквивалента работы, совершенной рабочим телом в рассматриваемом прямом круговом процессе, к сумме всех количеств тепла, сообщенных при этом рабочему телу нагревателями, т.е. для его роста необходимо как можно больше тепла передать рабочему телу. In the described circular thermodynamic processes (cycles), it is noted that the thermal efficiency is the ratio of the heat equivalent of the work performed by the working fluid in the considered direct circular process to the sum of all the quantities of heat communicated to the working fluid by heaters, i.e. for its growth, it is necessary to transfer as much heat as possible to the working fluid.
Известно, что КПД любого двигателя зависит от эффективности использования тепла при сгорании топлива. Тепловой баланс показывает, что в ДВС используется полезно только 35% тепла на полезную работу, остальное тепло расходуется в системе охлаждения 25-35%, а для тепла, унесенного с отработавшими газами, достигает 30-45%. Вот эти потери тепла и являются основными резервами повышения КПД двигателя. It is known that the efficiency of any engine depends on the efficiency of heat use during fuel combustion. The heat balance shows that only 35% of the heat used for useful work is used in the internal combustion engine, the rest of the heat is consumed in the cooling system 25-35%, and for heat carried away with the exhaust gases, it reaches 30-45%. These heat losses are the main reserves for increasing engine efficiency.
Наиболее близким по технической сущности изобретением к предлагаемому является двигатель М.В.Кушеля (авт.св. СССР N 80445, кл. F 02 В 11/00, 1961 г.), в котором каждый цилиндр как бы сдвоен - состоит из двух цилиндров, сообщающихся между собой вверху каналом, направленным по касательной к окружностям цилиндров. Каждый цилиндр оснащен впускным и выпускным клапанами. The invention closest in technical essence to the proposed one is the MV Kushel engine (ed. St. USSR N 80445, class F 02 B 11/00, 1961), in which each cylinder is as if doubled - consists of two cylinders communicating with each other at the top by a channel directed tangentially to the circles of the cylinders. Each cylinder is equipped with inlet and outlet valves.
Однако двигатель М. В.Кушеля работает по известному термодинамическому циклу и не решает проблему оптимизации работы тактов, не обеспечивает уменьшение передачи тепла в систему охлаждения и выхлопа, не увеличивает передачу тепла рабочему телу, а также его массу. However, the engine of M.V. Kushel works according to the well-known thermodynamic cycle and does not solve the problem of optimizing the operation of cycles, does not reduce heat transfer to the cooling and exhaust systems, does not increase heat transfer to the working fluid, as well as its mass.
Научными исследованиями доказано, что наиболее эффективным приемом совершенствования рабочего процесса двигателя является переход на эксплуатацию двигателя с большим коэффициентом избытка воздуха; работ, направленных на совершенствование продувки - наполнения цилиндра, а также увеличение действительной степени сжатия. При этом на коэффициенте наполнения цилиндра сказывается тепловое состояние двигателя (топливно-воздушного тракта). Чем больше нагревается смесь (воздух) при входе в цилиндр от соприкосновения с горячими деталями двигателя и остатками рабочего тела, тем меньше ее плотность и меньше коэффициент его наполнения. Scientific studies have proved that the most effective way to improve the engine's working process is to switch to engine operation with a large coefficient of excess air; works aimed at improving the purge - filling the cylinder, as well as increasing the actual compression ratio. At the same time, the thermal state of the engine (fuel-air tract) affects the filling factor of the cylinder. The more the mixture (air) heats up when it enters the cylinder from contact with hot engine parts and the remains of the working fluid, the lower its density and the lower its filling coefficient.
Задачей изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания, полнота сгорания топлива, уменьшение передачи тепла в систему охлаждения и выхлопа, а также оптимизация процессов отдельных тактов. The objective of the invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine, the completeness of fuel combustion, reducing heat transfer to the cooling and exhaust systems, as well as optimizing the processes of individual cycles.
Поставленная задача решается за счет того, что способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска в один цилиндр чистого воздуха, его сжатия поршнем цилиндра и подачи в камеру сжатого воздуха и камеру сгорания, расположенных в верхней части второго цилиндра, впрыска топлива в камеру сгорания, воспламенения топлива в камере сгорания от контакта со сжатым воздухом или от системы зажигания топлива (искра свечи), сгорания топлива в основной массе и перетекания продуктов сгорания во второй цилиндр с дожигом топлива за счет поступления дополнительного воздуха с камеры сжатого воздуха, проходящего через камеру сгорания, и выпуска отработавших газов из второго цилиндра, при этом термодинамический цикл разделен по двум отдельным цилиндрам, в одном цилиндре совершается всасывание-сжатие чистого воздуха, а в другом цилиндре расширение-выхлоп, в верхней части второго цилиндра расположена камера сжатого воздуха, которая охватывает и сообщается с камерой сгорания, при сгорании топлива нагревается воздух в камере сгорания и в камере сжатого воздуха и общее рабочее тело перетекает во второй цилиндр, где дожигается топливо, продукты сгорания топлива расширяются, выбрасываются в атмосферу и завершается полный рабочий цикл за один оборот коленчатого вала. The problem is solved due to the fact that the method of operation of the internal combustion engine by introducing clean air into one cylinder, compressing it with a cylinder piston and supplying compressed air to the chamber and the combustion chamber located in the upper part of the second cylinder, injecting fuel into the combustion chamber, igniting the fuel in the combustion chamber from contact with compressed air or from the fuel ignition system (spark of a candle), combustion of fuel in the bulk and flow of combustion products into the second cylinder with fuel afterburning due to additional air from the compressed air chamber passing through the combustion chamber and exhaust gas from the second cylinder, while the thermodynamic cycle is divided into two separate cylinders, in one cylinder is suction-compression of clean air, and in the other cylinder expansion-exhaust, in the upper part of the second cylinder is a chamber of compressed air, which covers and communicates with the combustion chamber, while burning fuel, the air in the combustion chamber and in the chamber of compressed air is heated and the common working fluid repents the second cylinder, wherein afterburned fuel, the combustion products are expanded, are released into the atmosphere and the full cycle is completed in one revolution of the crankshaft.
При работе двигателя за первый полуоборот коленчатого вала в первом цилиндре происходит процесс всасывания чистого воздуха и во втором цилиндре - рабочий ход (расширение газов), при втором полуобороте коленчатого вала в первом цилиндре совершается такт сжатия и во втором цилиндре - такт выпуска отработанных газов. When the engine is running for the first half-turn of the crankshaft in the first cylinder, the process of suction of clean air occurs and in the second cylinder - the working stroke (expansion of gases), with the second half-turn of the crankshaft in the first cylinder, a compression stroke is performed and in the second cylinder - the exhaust cycle.
Кривошипно-поршневая группа в первом цилиндре не зависима от величины хода заданного кривошипном коленчатого вала второго цилиндра, а из-за отсутствия элементов нагрева (камеры сгорания, клапанов и др.) в первом цилиндре достигается необходимая степень сжатия и высокий коэффициент наполнения цилиндра воздухом. The crank-piston group in the first cylinder is independent of the stroke value of the crank shaft of the second cylinder, and due to the absence of heating elements (combustion chamber, valves, etc.), the necessary compression ratio and a high coefficient of filling of the cylinder with air are achieved.
Основное сгорание топлива, впрыснутого в камеру сгорания, осуществляется в ней и выделившееся тепло нагревает также сжатый воздух, находящийся в камере сжатия, охватывающий камеру сгорания, с последующей продувкой менее нагретым воздухом камеры сгорания (ее охлаждение) и участием избытка воздуха в дожиге топлива во втором цилиндре. The main combustion of the fuel injected into the combustion chamber is carried out in it and the heat generated also heats the compressed air located in the compression chamber, covering the combustion chamber, followed by purging with less heated air of the combustion chamber (its cooling) and the participation of excess air in the afterburning of fuel in the second top hat.
Сгорание топлива происходит только в одном из двух цилиндров (спаренных) и потери тепла уменьшается из-за этого почти в два раза. The combustion of fuel occurs only in one of the two cylinders (twin) and the heat loss is reduced by almost half.
Во втором цилиндре подводится тепло к рабочему теплу дважды (регенерация тепла), вначале в камере сгорания, а затем за счет теплопередачи запасу сжатого воздуха, расположенного в камере сжатого воздуха, которая охватывает камеру сгорания и за счет этого первично ее охлаждает, затем нагретый и сжатый воздух продувает камеру сгорания и вторично ее охлаждает, увеличивает массу нагретого рабочего тела и понижает температуру выхлопных газов. In the second cylinder, heat is supplied to the working heat twice (heat recovery), first in the combustion chamber, and then due to heat transfer to the compressed air supply located in the compressed air chamber, which covers the combustion chamber and thereby cools it first, then heated and compressed air purges the combustion chamber and cools it a second time, increases the mass of the heated working fluid and lowers the temperature of the exhaust gases.
Во втором цилиндре увеличен объем расширяющихся газов за счет собственного хода поршня (его диаметра) независимо от хода поршня в первом цилиндре; возможно применение воспламенения топлива от сжатия с одновременным принудительным воспламенением от системы зажигания; возможна работа двигателя без наличия системы охлаждения, т.к. подача сжатого, но мало нагретого воздуха в камеру сжатия и камеру сгорания будет их охлаждать от нагрева, происходящего только в одном из двух цилиндров, где имеется камера сгорания. In the second cylinder, the volume of expanding gases is increased due to the natural piston stroke (its diameter), regardless of the piston stroke in the first cylinder; it is possible to use compression ignition fuel with simultaneous forced ignition from the ignition system; engine operation is possible without a cooling system, as the supply of compressed but slightly heated air to the compression chamber and the combustion chamber will cool them from heating occurring in only one of the two cylinders where the combustion chamber is present.
Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере два спаренных цилиндра с размещенными в нем шатунно-поршневыми деталями, в котором осуществляется четыре такта: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп, отличается тем, что в первом цилиндре происходят такты всасывание-сжатие чистого воздуха, а в другом цилиндре - рабочий ход - выхлоп; последовательность тактов цикла чередуется по обоим цилиндрам, т.е. одновременно совершаются спаренные такты: всасывание-расширение газов (рабочий ход) и сжатие воздуха - выхлоп; при этом сгорание топлива осуществляется в отдельной камере сгорания, заполненной сжатым воздухом и охваченной другой камерой с запасом сжатого воздуха, который имеет возможность перетекать в камеру сгорания, а затем во второй цилиндр; при этом поданное топливо может сгорать в камере сгорания как по циклу Отто, так и по циклу Дизеля, совершая полный рабочий цикл за один оборот коленчатого вала, для оптимизации тактов цикла радиус кривошипа в первом цилиндре не равен радиусу кривошипа второго цилиндра, но имеющих кинематическую связь кривошипов, и при этом поршень второго цилиндра проходит верхнюю мертвую точку в момент, когда поршень в первом цилиндре уже отошел от верхней мертвой точки, что облегчает вывод поршней из мертвых точек. The internal combustion engine contains at least two twin cylinders with connecting rod and piston parts housed in it, in which four strokes are performed: suction, compression, stroke and exhaust, characterized in that in the first cylinder there are suction-compression strokes of clean air, and in another cylinder - stroke - exhaust; the sequence of clock cycles alternates on both cylinders, i.e. at the same time, paired strokes are made: gas suction-expansion (working stroke) and air compression - exhaust; while the combustion of fuel is carried out in a separate combustion chamber filled with compressed air and covered by another chamber with a reserve of compressed air, which has the ability to flow into the combustion chamber, and then into the second cylinder; at the same time, the supplied fuel can be burned in the combustion chamber both according to the Otto cycle and the Diesel cycle, performing a complete duty cycle for one revolution of the crankshaft, to optimize the cycle cycles, the radius of the crank in the first cylinder is not equal to the radius of the crank of the second cylinder, but having a kinematic connection cranks, and the piston of the second cylinder passes the top dead center at the moment when the piston in the first cylinder has already moved away from the top dead center, which facilitates the removal of the pistons from the dead points.
В первом цилиндре установлен впускной клапан, а во втором цилиндре расположена камера сжатого воздуха, которая охватывает камеру сгорания, при этом камера сжатого воздуха и камера сгорания имеют клапан и между собой камеры сообщаются через отверстия малого диаметра (клапаны), а для выпуска отработанных газов второй цилиндр имеет выпускной клапан; возможно различное расположение спаренных цилиндров в многоцилиндровом двигателе (рядное, V-образное и др.) при условии кинематической связи отдельных коленчатых валов. An inlet valve is installed in the first cylinder, and a compressed air chamber is located in the second cylinder, which covers the combustion chamber, while the compressed air chamber and the combustion chamber have a valve and the chambers communicate with each other through small-diameter openings (valves), and for exhaust gases, a second the cylinder has an exhaust valve; a different arrangement of paired cylinders in a multi-cylinder engine (in-line, V-shaped, etc.) is possible provided that the individual crankshafts are kinematically connected.
На чертеже представлено устройство (двигатель), реализующее предлагаемый способ, содержит один цилиндр 4, в котором поршень 6 всасывает и сжимает чистый воздух, а в другом цилиндре 17 (рабочем) осуществляется процесс расширения газов и его выхлоп. The drawing shows a device (engine) that implements the proposed method, contains one cylinder 4, in which the piston 6 draws in and compresses clean air, and in the other cylinder 17 (working), the gas expansion process and its exhaust are carried out.
Цилиндры 4 и 17 в вариантах устройства могут быть распложены в различных положениях один относительно другого (последовательно, параллельно, встречно и т.д.). Cylinders 4 and 17 in variants of the device can be arranged in different positions one relative to the other (sequentially, in parallel, counter, etc.).
В двигателе всасывание воздуха в цилиндр 4 происходит через клапан 5, а выхлоп отработанных газов - через клапан 15. In the engine, air is sucked into the cylinder 4 through valve 5, and the exhaust gas exhaust through valve 15.
Объем цилиндра 4 сообщается свободно с камерой сжатого воздуха 7 до клапана 8. The volume of the cylinder 4 communicates freely with the compressed air chamber 7 to the valve 8.
В каждом цилиндре имеется свой поршень 6 и 16, которые связаны с коленчатым валом 1 через шатуны 3 и 18. При этом кривошип коленчатого вала 1, связанный с шатуном 18 в рабочем цилиндре 17, смещен на некоторый угол по отношению к колену другого поршня 6 таким образом, что, когда поршень 6 уже прошел верхнюю мертвую точку, другой поршень 16 еще только подходит к ней. Это смещение кривошипов помогает выводу поршней из мертвых точек. Each cylinder has its own piston 6 and 16, which are connected to the crankshaft 1 through connecting rods 3 and 18. At the same time, the crank of the crankshaft 1 connected to the connecting rod 18 in the working cylinder 17 is offset by an angle with respect to the knee of the other piston 6 so in such a way that when the piston 6 has already passed the top dead center, the other piston 16 is still just approaching it. This crank offset helps the pistons pull out of dead center.
Над рабочим цилиндром 17 расположены камера сжатого воздуха 7 с клапаном 8, которая охватывает камеру сгорания 12 и сообщается с ней через отверстия малого диаметра (клапана) 9 и 13. В камеру сгорания подается топливо через устройство 10. В камере сгорания 12 может быть применено устройство для искрообразования 11, необходимое для зажигания топлива в случае низкой степени сжатия воздуха. A compressed air chamber 7 with a valve 8 is located above the working cylinder 17, which encompasses the combustion chamber 12 and communicates with it through small diameter holes (valves) 9 and 13. Fuel is supplied to the combustion chamber through device 10. In the combustion chamber 12, a device can be used for sparking 11, necessary for ignition of the fuel in the case of a low degree of compression of air.
Камера сгорания 12 сообщается с рабочим цилиндром 17 через клапан 14. При открытии клапана 14 продукты сгорания выходят в цилиндр 17. В верхней части рабочего цилиндра 17 имеется выхлопной клапан 15. The combustion chamber 12 communicates with the working cylinder 17 through the valve 14. When the valve 14 is opened, the combustion products exit into the cylinder 17. At the top of the working cylinder 17 there is an exhaust valve 15.
Рабочий цикл двигателя осуществляется следующим образом:
Такт впуска. Поршень 6 движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан 5 открыт, в цилиндр 4 поступает воздух.The duty cycle of the engine is as follows:
Intake cycle. Piston 6 moves from v.m.t. to NMT, the intake valve 5 is open, air enters the cylinder 4.
Такт сжатия. Впускной клапан 5 и клапан камеры сгорания 14 закрыты. Клапан 8 камеры сжатого воздуха открыт. Поршень 6 перемещается от н.м.т. к в.м. т. и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия давление в цилиндре 4 повышается и сжатый воздух перетекает через открытый клапан 8 в камеру сжатого воздуха 7, затем через отверстия малого диаметра (клапана) 9 и 13 в камеру сгорания. При достижении поршня 6 в.м.т. давление в камере сжатия 7 (продувки) и камере сгорания 12 будет одинаковое, равное степени сжатия. После начала движения поршня 6 от в.м.т. к н.м.т. клапан 8 закрывается и начинается процесс всасывания воздуха при открытом клапане 5. Такт впуска и сжатия в цилиндре 4 происходит за один оборот коленчатого вала 1. Compression stroke The inlet valve 5 and the valve of the combustion chamber 14 are closed. The valve 8 of the compressed air chamber is open. The piston 6 moves from N.M.T. to m t. and compresses the air. Due to the high degree of compression, the pressure in the cylinder 4 rises and the compressed air flows through the open valve 8 into the compressed air chamber 7, then through the small-diameter holes (valves) 9 and 13 into the combustion chamber. Upon reaching the piston 6 m.t. the pressure in the compression chamber 7 (purge) and the combustion chamber 12 will be the same, equal to the compression ratio. After the start of the movement of the piston 6 from VMT to n.m.t. the valve 8 closes and the process of suction of air begins when the valve is open 5. The intake and compression stroke in the cylinder 4 occurs in one revolution of the crankshaft 1.
Такт расширения. При положении поршня 16, близком к в.м.т., в камеру сгорания 12 через устройство 10 начинается впрыскивание топлива. Топливо самовоспламеняется в случае высокой степени сжатия (условие дизельного двигателя) или происходит зажигание топлива от устройства 11 по искрообразованию. Начинается процесс сгорания топлива, давление газов повышается и передается во все стороны. Передача тепла происходит также в сторону камеры сжатия через стенку и отверстия (клапана) 13 и 9 и осуществляется нагрев сжатого воздуха. При открытии клапана камеры сгорания 14 расширяющиеся газы перемещают поршень 16 от в.м.т. к н.м.т. и через шатун 18 проворачивают коленчатый вал. После частичного поворота коленчатого вала уменьшается давление в камере сгорания 12, сжатый и нагретый воздух с камеры сжатия 7 перетекает через отверстия (клапаны) 9 и 13 в камеру сгорания 12 и участвуют в продувке камеры сгорания 12 от остатков сгорающего топлива. А при попадании газов в цилиндро-поршневую группу рабочего цилиндра 17 происходит процесс дожига топлива за счет избытка воздуха, не участвующего в основном процессе сгорания топлива в камере сгорания 12. В н.м.т. поршня 16 клапан камеры сгорания закрывается. Extension beat. When the position of the piston 16 is close to bmw, fuel injection begins in the combustion chamber 12 through the device 10. The fuel spontaneously ignites in the case of a high degree of compression (diesel engine condition) or ignition of the fuel from the spark ignition device 11 occurs. The process of fuel combustion begins, the gas pressure rises and is transmitted in all directions. Heat transfer also occurs towards the compression chamber through the wall and openings (valves) 13 and 9 and the compressed air is heated. When the combustion chamber valve 14 is opened, expanding gases move the piston 16 away from the engine. to n.m.t. and through the connecting rod 18 crankshaft. After a partial rotation of the crankshaft, the pressure in the combustion chamber 12 decreases, compressed and heated air from the compression chamber 7 flows through the openings (valves) 9 and 13 into the combustion chamber 12 and is involved in the purge of the combustion chamber 12 from the remaining combustion fuel. And when gases enter the cylinder-piston group of the working cylinder 17, the process of burning the fuel occurs due to excess air that is not involved in the main process of fuel combustion in the combustion chamber 12. In nm piston 16, the valve of the combustion chamber is closed.
Такт выпуска. Вынускной клапан 15 открыт. Поршень 16 движется от н.м.т. к в.м.т. и через открытый клапан 15 вытесняет отработавшие газы из цилиндра 17 в атмосферу. Давление и температура газов в цилиндре 17 падает благодаря оптимальному объему расширяющихся газов в изолированном цилиндре 17, т.к. объем цилиндра 17 не зависит от процессов, происходящих в цилиндре 4. Такт расширения и выпуска в рабочем цилиндре 17 происходит за один оборот коленчатого вала. Release beat. Outlet valve 15 is open. The piston 16 moves from N.M.T. to m.t. and through an open valve 15 displaces exhaust gases from the cylinder 17 into the atmosphere. The pressure and temperature of the gases in the cylinder 17 drops due to the optimal volume of expanding gases in the insulated cylinder 17, because the volume of the cylinder 17 does not depend on the processes occurring in the cylinder 4. The expansion and exhaust stroke in the working cylinder 17 occurs in one revolution of the crankshaft.
В целях оптимизации термодинамических процессов в двух цилиндрах 4 и 17 двигателя используется кривошипно-поршневая группа с различными характеристиками. Так, например, в первом цилиндре 4, где осуществляется всасывание и сжатие воздуха, кривошипно-поршневая группа 2, 3, 6 имеет величину хода и диаметр поршня, которая обеспечивает необходимый объем и давление воздуха для заполнения камеры сжатого воздуха 7 и камеры сгорания 12 для заданной мощности двигателя. In order to optimize thermodynamic processes in two cylinders 4 and 17 of the engine, a crank-piston group with different characteristics is used. So, for example, in the first cylinder 4, where air is drawn in and compressed, the crank-piston group 2, 3, 6 has a stroke and a piston diameter that provides the necessary volume and pressure of air to fill the compressed air chamber 7 and the combustion chamber 12 for set engine power.
В двигателе создается расчетная степень сжатия, необходимая для обеспечения условий работы как по циклу Отто (принудительное зажигание), так и по циклу Дизеля (самовоспламенение топлива в сжатом воздухе), либо их одновременное использование. The calculated compression ratio is created in the engine, which is necessary to ensure working conditions both in the Otto cycle (positive ignition) and in the Diesel cycle (self-ignition of fuel in compressed air), or their simultaneous use.
В связи с тем, что в первом цилиндре 4 отсутствуют камера сгорания и выхлопной клапан (клапаны), всасываемый воздух почти не нагревается. Его плотность изменяется незначительно, поэтому цилиндр заполняется воздухом с высоким коэффициентом наполнения. Due to the fact that in the first cylinder 4 there is no combustion chamber and exhaust valve (s), the intake air almost does not heat up. Its density varies slightly, so the cylinder is filled with air with a high filling ratio.
Кроме того, из-за отсутствия в цилиндре 4 камеры сгорания, здесь нет тепловых потерь в систему охлаждения, что повышает КПД двигателя. In addition, due to the absence of a combustion chamber in the cylinder 4, there is no heat loss to the cooling system, which increases the efficiency of the engine.
Второй цилиндр двигателя 17, где осуществляется рабочий ход и выхлоп отработавших газов также имеет кривошипно-поршневую группу 19, 18, 16, но по размерам отличную от первого цилиндра 4, т.е. радиус кривошипа 19 или диаметр поршня 16 не совпадают с размерами в цилиндре 4. Это необходимо для того, чтобы иметь оптимальный ход поршня, который обеспечивает максимальную мощность двигателя и расширение газа до минимально низкого давления и температуры. The second cylinder of the engine 17, where the stroke is carried out and the exhaust gas also has a crank-piston group 19, 18, 16, but different in size from the first cylinder 4, i.e. the radius of the crank 19 or the diameter of the piston 16 does not coincide with the dimensions in the cylinder 4. This is necessary in order to have an optimal piston stroke, which ensures maximum engine power and gas expansion to a minimum low pressure and temperature.
В случае рядного расположения двух цилиндров 4 и 17 коленчатый вал является общим, но радиус кривошипа в первом цилиндре не равен радиусу кривошипа второго цилиндра. Поршень второго цилиндра приходит в в.м.т. в момент, когда поршень в первом цилиндре уже отошел от в.м.т., что облегчает вывод поршней из мертвых точек. In the case of the row arrangement of two cylinders 4 and 17, the crankshaft is common, but the radius of the crank in the first cylinder is not equal to the radius of the crank of the second cylinder. The piston of the second cylinder comes in vm.t. at the moment when the piston in the first cylinder has already moved away from the bmw, which facilitates the removal of the pistons from the dead points.
При размещении цилиндров 4 и 17 двигателя по другим схемам, например, встречное расположение цилиндра 4 и 17 необходима кинематическая связь их коленчатых валов для согласованного рабочего цикла и его завершения за один оборот. When placing the cylinders 4 and 17 of the engine according to other schemes, for example, the opposite arrangement of the cylinder 4 and 17, the kinematic connection of their crankshafts is necessary for a coordinated duty cycle and its completion in one revolution.
Двигатель может иметь и несколько спаренных цилиндров 4 и 17, расположенных по известным схемам (рядное, V-образное и др.), что увеличивает общую мощность двигателя, так как двигатель будет многоцилиндровым. The engine may have several paired cylinders 4 and 17, arranged according to known schemes (in-line, V-shaped, etc.), which increases the total engine power, since the engine will be multi-cylinder.
В целях повышения КПД в двигателе организован процесс сжигания топлива только в одном цилиндре 17. Отдельная камера сгорания 12 примыкает к цилиндру 17 и сообщается с цилиндром 4 через клапан 8. Сжатый воздух из цилиндра 4 перетекает через клапан 8, заполняет камеру сжатия 7, которая охватывает камеру сгорания 12, затем через отверстия малого диаметра (клапаны) 9 и 13 поступает в камеру сгорания 12 при закрытом клапане 14. In order to increase the efficiency in the engine, the process of burning fuel is organized in only one cylinder 17. A separate combustion chamber 12 is adjacent to the cylinder 17 and communicates with the cylinder 4 through the valve 8. Compressed air from the cylinder 4 flows through the valve 8, fills the compression chamber 7, which covers the combustion chamber 12, then through small-diameter holes (valves) 9 and 13 enters the combustion chamber 12 with the valve 14 closed.
Данное устройство обеспечивает высокие показатели КПД двигателя, его литровую мощность и полноту сгорания топлива. Это достигается за счет высокой степени сжатия воздуха в цилиндре 4, высокого коэффициента избытка воздуха 7, оптимального разделения процессов по двум цилиндрам 4 и 17 двух спаренных тактов (всасывание в цилиндре 4 - рабочий ход в цилиндре 17 и сжатие в цилиндре 4 - выхлоп в цилиндре 17). This device provides high levels of engine efficiency, its liter capacity and completeness of fuel combustion. This is achieved due to the high degree of compression of the air in cylinder 4, the high coefficient of excess air 7, the optimal separation of processes on two cylinders 4 and 17 of two paired cycles (suction in cylinder 4 is the stroke in cylinder 17 and compression in cylinder 4 is exhaust in the cylinder 17).
Кроме того, важным является то, что при сгорании топлива большая доля тепла передается не в систему охлаждения, а идет на нагрев воздуха (рабочего тела) в камере сгорания 12 и в камере сжатого воздуха 7. Это происходит потому, что менее нагретый воздух, поступивший из цилиндра 4 в камеру сжатия 7, вначале охлаждает камеру сгорания 12, затем нагревается, продувает камеру сгорания через отверстия малого диаметра (клапаны) 9 и 13, поступает в цилиндр 17 и увеличивает массу рабочего тела. In addition, it is important that when fuel is burned, a large fraction of the heat is not transferred to the cooling system, but is used to heat the air (working medium) in the combustion chamber 12 and in the compressed air chamber 7. This is because less heated air that has arrived from the cylinder 4 into the compression chamber 7, first cools the combustion chamber 12, then heats up, blows the combustion chamber through small-diameter holes (valves) 9 and 13, enters the cylinder 17 and increases the mass of the working fluid.
В связи с тем, что избыток воздуха в камере сжатия 7 частично участвовал в сгорании топлива в камере сгорания, его основная часть будет участвовать в дожиге топлива в цилиндре 17. Избыток воздуха способствует полному сгоранию топлива, в т.ч. в режимах малой нагрузки двигателя, т.к. процесс сгорания в основном зависит от избытка воздуха, кроме того, за счет увеличения массы рабочего тела в цилиндре 17 увеличивается воздействие газа на поршень, но одновременно с этим газ быстрее охлаждается (больше масса и объем расширения), что способствует росту КПД двигателя из-за уменьшения теплоты, унесенной с отработавшими газами. Due to the fact that the excess air in the compression chamber 7 partially participated in the combustion of fuel in the combustion chamber, its main part will participate in the afterburning of fuel in the cylinder 17. The excess air contributes to the complete combustion of fuel, incl. in low engine load modes, as the combustion process mainly depends on excess air, in addition, due to an increase in the mass of the working fluid in the cylinder 17, the effect of gas on the piston increases, but at the same time, the gas cools faster (more mass and expansion volume), which contributes to an increase in engine efficiency due to reducing heat carried away with the exhaust gas.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109646A RU2167315C2 (en) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109646A RU2167315C2 (en) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99109646A RU99109646A (en) | 2001-02-20 |
| RU2167315C2 true RU2167315C2 (en) | 2001-05-20 |
Family
ID=20219562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99109646A RU2167315C2 (en) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2167315C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006130044A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Vitaly Vladimirovich Davydov | Operating mode and structural design of a rotary-vane internal combustion engine provided with a battery gas recovery system |
| RU2541490C2 (en) * | 2012-07-12 | 2015-02-20 | Михаил Петрович Фролов | Adiabatic engine |
-
1999
- 1999-04-29 RU RU99109646A patent/RU2167315C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006130044A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Vitaly Vladimirovich Davydov | Operating mode and structural design of a rotary-vane internal combustion engine provided with a battery gas recovery system |
| RU2541490C2 (en) * | 2012-07-12 | 2015-02-20 | Михаил Петрович Фролов | Adiabatic engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5072589A (en) | Internal combustion engine having multiple expansion and compression | |
| US4565167A (en) | Internal combustion engine | |
| EP1214506B1 (en) | Internal combustion engine with regenerator and hot air ignition | |
| US7905221B2 (en) | Internal combustion engine | |
| US6095100A (en) | Combination internal combustion and steam engine | |
| US6918358B2 (en) | Eight-stroke internal combustion engine utilizing a slave cylinder | |
| US4917054A (en) | Six-stroke internal combustion engine | |
| RU2082891C1 (en) | Internal combustion engine and method of its operation | |
| US4159699A (en) | Compound engines | |
| US4589377A (en) | Engine | |
| US6606970B2 (en) | Adiabatic internal combustion engine with regenerator and hot air ignition | |
| US7004115B2 (en) | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control | |
| WO1998021456A1 (en) | Air-cooled self-supercharging four stroke internal combustion engine | |
| US6393841B1 (en) | Internal combustion engine with dual exhaust expansion cylinders | |
| JP4286419B2 (en) | Piston type internal combustion engine | |
| US5115775A (en) | Internal combustion engine with multiple combustion chambers | |
| RU2167315C2 (en) | Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle | |
| GB2425808A (en) | Supercharged two-stroke engine with separate direct injection of air and fuel | |
| US4106445A (en) | Reciprocating piston machine with complete combustion system | |
| CA2324102C (en) | High power density, diesel engine | |
| WO2006137754A1 (en) | The internal combustion engine with an auxiliary cylinder | |
| RU2263802C2 (en) | Internal combustion engine | |
| JPS59113239A (en) | Double expansion type internal-combustion engine | |
| EP0057591B1 (en) | Internal combustion engine | |
| EP0142559A1 (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080430 |