RU2263797C2

RU2263797C2 - Method of operation of internal combustion engine (versions)

Info

Publication number: RU2263797C2
Application number: RU2004100249/06A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Ермолин (RU); В.Б. Ермолин
Original assignee: Ермолин Виль Борисович
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-11-10
Also published as: RU2004100249A

Abstract

FIELD: industry engine building; ground, air and water transport.

SUBSTANCE: according to proposed method, fuel cylinders are found on one crankshaft of engine which execute only first and second strokes (suction and compression with ignition of mixture) and power cylinders which always execute only third and fourth strokes (working stroke and exhaust stroke). Intermediate chamber is provided into which ignited gases from fuel cylinder are fed, thus creating definite excess pressure. Then said compressed gases through valve controlled by man pass at definite sequence into power cylinders to set into motion their pistons and rotate crankshaft and thus doing useful work.

EFFECT: simplified design of engine, increased reliability, reduced cost and improved convenience in engine control.

3 cl

Description

Изобретение относится к системам промышленного моторостроения, к системам наземного, воздушного и водного транспорта.The invention relates to systems of industrial engine building, to systems of land, air and water transport.

Известен способ работы особо мощных двигателей внутреннего сгорания, применяемых, например, на железнодорожном транспорте (тепловоз). Патент СССР №4866 от 1925 г. При этом способе с помощью дополнительного двигателя приводятся в движение поршни в цилиндрах, которые производят первый и второй такт (всасывание и сжатие), а затем в цилиндры впрыскивается топливо и происходит воспламенение горючей смеси, причем поршень продолжает идти вперед до полного сгорания смеси, а потом идет обратно и выталкивает продукты горения в особый резервуар для утилизации их в основном мощном двигателе. Вое это делается для того, чтобы в основном (мощном) двигателе было постоянное давление на днище поршня, совершающего рабочий ход, т.к. в обычном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) давление на днище поршня во время рабочего хода непостоянно и сильно падает к концу его. Этот способ не нашел практического применения, т.к. он требует применения дополнительного двигателя, он очень громоздок, сложен, дорог и ненадежен. A known method of operation of particularly powerful internal combustion engines used, for example, in railway transport (diesel locomotive). USSR patent No. 4866 of 1925. With this method, the pistons in the cylinders that produce the first and second cycle (suction and compression) are driven by an additional engine, and then fuel is injected into the cylinders and the ignition of the combustible mixture occurs, and the piston continues to go forward to complete combustion of the mixture, and then goes back and pushes the combustion products into a special tank for disposal in the main powerful engine. This is done so that in the main (powerful) engine there is constant pressure on the piston crown making a working stroke, as in a conventional internal combustion engine (ICE), the pressure on the piston bottom during the stroke is inconsistent and drops significantly towards the end of it. This method has not found practical application, because it requires the use of an additional engine, it is very bulky, complicated, expensive and unreliable.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции двигателя, повышение его надежности в работе, снижение его стоимости и удобство в управлении этим двигателем.The technical result of the invention is to simplify the design of the engine, increase its reliability, reduce its cost and ease of operation of this engine.

Поставленная цель достигается мм, что согласно предлагаемому способу работы ДВС в двигателе на общем коленчатом валу расположены топливные, числом не менее одного, и силовые, числом не менее одного, цилиндры, но при этом и топливные, и силовые цилиндры работают в двухтактном режиме, то ость топливные цилиндры всегда работают только в режиме первого и второго тактов (всасывание и сжатие с воспламенением топливной смеси), а силовые цилиндры всегда работают только в режиме третьего и четвертого тактов (рабочий ход и выброс отработанных газов), причем воспламенившаяся топливная смесь в топливном цилиндре, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатия), через соответствующий, открывшийся в этот момент клапан подается в промежуточную камеру, и если объем этой камеры соизмерим с объемом силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь подается из этой камеры через автоматически открывающийся в нужный момент клапан в силовой цилиндр для совершения рабочего хода поршня, тогда как в случае, если объем промежуточной камеры намного больше объема силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь из топливного цилиндра, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатии), через соответствующий, открывшийся в этот момент клапан поступает в эту промежуточную камеру, в результате чего в этой камере создается и поддерживается необходимое давление этой воспламенившейся топливной смеси, а поскольку силовые цилиндры всегда работают только в режиме третьего и четвертого тактов (рабочий ход и выхлоп), то воспламенившаяся топливная смесь, находящаяся под давлением в промежуточной камере, поступает затем в силовой цилиндр через два клапана, степень открытия и закрытия одного из которых производится человеком, а открытие второго клапана происходит автоматически в тот момент, когда поршень силового цилиндра находится в верхней мертвой точке (начало рабочего хода), а закрытие этого клапана происходит автоматически тогда, когда поршень силового цилиндра находится в нижней мертвой точке (конец рабочего хода), и в этот момент автоматически открывается выхлопной клапан силового цилиндра, поршень идет вверх, выводя отработанные газы из силового цилиндра в атмосферу, и, достигнув верхней мертвой точки, поршень снова начинает совершать свой очередной рабочий ход, из чего с очевидностью следует, что предлагаемый способ работа двигателя внутреннего сгорания является способом работы двухтактного клапанного двигателя внутреннего сгорания с дополнительной промежуточной камерой.This goal is achieved mm, that according to the proposed method of operation of the internal combustion engine in the engine on the common crankshaft are located fuel, number not less than one, and power, number not less than one, cylinders, but both fuel and power cylinders operate in push-pull mode, then fuel cylinders always work only in the first and second cycles mode (suction and compression with ignition of the fuel mixture), and power cylinders always work only in the third and fourth cycles mode (working stroke and exhaust gas discharge), moreover, the flammable fuel mixture in the fuel cylinder, when the piston of this cylinder is near the top dead center (compression cycle), through the corresponding valve that opened at that moment is fed into the intermediate chamber, and if the volume of this chamber is commensurate with the volume of the power cylinder, then the flammable fuel mixture it is supplied from this chamber through a valve automatically opening at the right moment to the power cylinder for making the piston stroke, whereas if the volume of the intermediate chamber is much larger If the piston of the master cylinder is near the top dead center (compression stroke), through the corresponding valve that opened at that moment enters this intermediate chamber, as a result of which the necessary pressure of this flammable fuel mixture, and since the power cylinders always work only in the third and fourth clock mode (stroke and exhaust), the flammable fuel mixture located under pressure in the intermediate chamber, it then enters the power cylinder through two valves, the degree of opening and closing of one of which is done by a person, and the second valve opens automatically at the moment when the piston of the power cylinder is at top dead center (the beginning of the working stroke), and this valve closes automatically when the piston of the power cylinder is at bottom dead center (end of the stroke), and at that moment the exhaust valve of the power cylinder automatically opens, p the piston goes up, removing the exhaust gases from the power cylinder to the atmosphere, and, having reached top dead center, the piston starts to make its next working stroke again, which clearly indicates that the proposed method of operation of an internal combustion engine is a method of operating a two-stroke valve internal combustion engine with an additional intermediate chamber.

Существенным отличием при этом является то, что предлагаемый клапанный ДВС работает не по четырехтактной, а по двухтактной схеме, что позволяет при одной и той же мощности двигателя при двухтактном варианте либо уменьшить вдвое число силовых цилиндров, либо вдвое уменьшить их диаметр. Кроме того, при использовании промежуточной камеры, имеющей достаточно большой объем, отпадает необходимость в таких громоздких и сложных узлах, как трансмиссия, корзина сцепления, стартер, мощный аккумулятор, а также не требуется сложная система электрозажигания.A significant difference in this case is that the proposed valve ICE operates not in a four-stroke, but in a two-stroke circuit, which allows for the same engine power in the two-stroke version to either halve the number of power cylinders or halve their diameter. In addition, when using an intermediate chamber having a sufficiently large volume, there is no need for such bulky and complex components as a transmission, clutch basket, starter, powerful battery, and also does not require a complex electric ignition system.

Одним из возможных примеров практического использования такого двигателя является автомобилестроение. У предлагаемого двигателя на общем коленчатом валу, например, находятся три силовых цилиндра и два топливных, причем колена коленчатого вала для силовых цилиндров расположены относительно друг друга под углом 120°. Такое расположение колен гарантирует то, что при подаче сгоревших топливных газов в силовые цилиндры всегда найдется какой-то цилиндр, поршень которого уже миновал верхнюю мертвую точку и находится приблизительно в средней части силового цилиндра, совершая свой рабочий ход. Объем топливных цилиндров при этом выбирается такой, чтобы полностью компенсировать расход сгоревших газов, поступающих в силовые цилиндры, при любом режиме работы двигателя. При этом в данном двигателе объем промежуточной камеры намного больше объема силового цилиндра (например в 20 раз). Для того, чтобы привести в движение такой двигатель сразу после выпуска с завода или после очень длительной стоянки, необходимо тем или иным способом поднять давление в промежуточной камере до нескольких атмосфер (например, с помощью обычного или электрического насоса). Если теперь приоткрыть клапан, регулируемый человеком, то сжатые газы промежуточной камеры через этот клапан и второй клапан, открывающийся автоматически, попадут в какой-то силовой цилиндр и приведут его поршень в движение, т.е. коленвал начнет вращаться, топливные цилиндры начнут поставлять в промежуточную камеру воспламенившиеся газы, которые очень быстро поднимут давление внутри промежуточной камеры до нужной величины, и двигатель будет готов к работе. Как известно, в четырехтактном двигателе давление на поршень, когда он совершает рабочий ход, неравномерно, и в начале рабочего хода оно приблизительно равно 35÷40 атм, а в конце рабочего хода оно равно приблизительно 3,5÷5,0 атм. Таким образом, среднее давление на поршень в четырехтактном двигателе при совершении им рабочего хода равно приблизительно 20 атм. One possible example of the practical use of such an engine is the automotive industry. The proposed engine on a common crankshaft, for example, has three power cylinders and two fuel cylinders, and the crankshaft elbows for power cylinders are located relative to each other at an angle of 120 °. This arrangement of the elbows ensures that when supplying burnt fuel gases to the power cylinders, there will always be some cylinder whose piston has already passed the top dead center and is located approximately in the middle of the power cylinder, making its working stroke. The volume of the fuel cylinders is chosen so as to completely compensate for the flow of burned gases entering the power cylinders, at any engine operation mode. Moreover, in this engine the volume of the intermediate chamber is much larger than the volume of the power cylinder (for example, 20 times). In order to set in motion such an engine immediately after leaving the factory or after a very long standstill, it is necessary in one way or another to increase the pressure in the intermediate chamber to several atmospheres (for example, using a conventional or electric pump). If we now open the human-controlled valve, then the compressed gases of the intermediate chamber through this valve and the second valve, which opens automatically, will fall into some kind of power cylinder and set its piston in motion, i.e. the crankshaft begins to rotate, the fuel cylinders begin to deliver flammable gases to the intermediate chamber, which will very quickly raise the pressure inside the intermediate chamber to the desired value, and the engine will be ready for operation. As you know, in a four-stroke engine, the pressure on the piston when it makes a stroke is uneven, and at the beginning of the stroke it is approximately 35–40 atm, and at the end of the stroke it is approximately 3.5–5.0 atm. Thus, the average pressure on the piston in a four-stroke engine when it makes a stroke is approximately 20 atm.

Отсюда следует, что если в промежуточной камере давление газов будет на уровне 20 атм, то при работе двухтактного (т.е. предлагаемого двигателя) давление на поршень силового цилиндра будет постоянно (20 атм) на протяжении всего рабочего хода (т.к. объем силового цилиндра в 20 раз меньше объема промежуточной камеры). Датчик давления, установленный на промежуточной камере, связан с механизмом подачи топлива в топливное цилиндры и при падении давления в промежуточной камере увеличивает подачу топлива в топливные цилиндры, а при увеличении давления в промежуточной камере ограничивает подачу его в топливные цилиндры. Если двигатель автомобиля остановлен на некоторый срок (например, автомобиль припаркован на ночь), то постепенно температура газов в промежуточной камере начнет уменьшаться (хотя она и надежно теплоизолирована), т.е. начнет уменьшаться давление внутри ее. Однако при достижении определенной минимальной величины этого давления с помощью датчика давления клапан, регулируемый человеком, приоткроется, коленчатый вал придет в движение, в топливные цилиндры начнет поступать топливная смесь, которая после воспламенения будет подаваться в промежуточную камеру, давление в ней быстро придет в норму и датчик давления закроет регулируемый клапан и таким образом двигатель всегда будет готов к работе. Как видим, предлагаемый двигатель не нуждается в "заводке", т.е. ему не нужен стартер, при остановке автомобиля двигатель не работает, при трогании с места такому двигателю не нужен механизм сцепления и трансмиссия, не нужен ему и мощный аккумулятор, а также и сложная система электрозажигания. Кроме того, предлагаемый двигатель может работать на любых, даже на самых малых оборотах (как паровоз).It follows that if in the intermediate chamber the gas pressure is at the level of 20 atm, then when the push-pull (i.e. the proposed engine) is operating, the pressure on the piston of the power cylinder will be constant (20 atm) throughout the entire stroke (because the volume power cylinder is 20 times less than the volume of the intermediate chamber). The pressure sensor mounted on the intermediate chamber is connected with the mechanism for supplying fuel to the fuel cylinders and, when the pressure in the intermediate chamber drops, increases the fuel supply to the fuel cylinders, and when the pressure in the intermediate chamber increases, it restricts its supply to the fuel cylinders. If the car’s engine is stopped for a certain period of time (for example, the car is parked at night), then gradually the temperature of the gases in the intermediate chamber will begin to decrease (although it is reliably insulated), i.e. the pressure inside her will begin to decrease. However, when a certain minimum value of this pressure is reached using a pressure sensor, a person-controlled valve will open slightly, the crankshaft will move, fuel mixture will begin to flow into the fuel cylinders, which after ignition will be supplied to the intermediate chamber, the pressure in it will quickly return to normal and the pressure sensor will close the adjustable valve and thus the engine will always be ready for operation. As you can see, the proposed engine does not need to “wind up”, i.e. he does not need a starter, when the car stops, the engine does not work, when starting off, such an engine does not need a clutch mechanism and transmission, it does not need a powerful battery, as well as a complex electric ignition system. In addition, the proposed engine can operate at any speed, even at the smallest speed (like a steam locomotive).

По мнению автора, вышеуказанные существенные отличия позволяют достичь поставленной цели изобретения.According to the author, the above significant differences make it possible to achieve the goal of the invention.

Claims

1. The method of operation of the internal combustion engine, characterized in that in the engine on the common crankshaft are located fuel, number not less than one, and power, number not less than one, cylinders, but both fuel and power cylinders operate in push-pull mode, that is, the fuel cylinders operate only in the suction and compression mode with ignition of the fuel mixture, and the power cylinders operate in the stroke and exhaust mode, and the ignited fuel mixture in the fuel cylinder when the piston the cylinder is near the top dead center (compression cycle), through the corresponding valve that opened at that moment, it is fed into the intermediate chamber, and if the volume of this intermediate chamber is commensurate with the volume of the power cylinder, the ignited fuel mixture is supplied from this chamber through the valve that automatically opens at the right time into the power cylinder for making the piston stroke.

2. The method of operation of the internal combustion engine, characterized in that in the engine on the common crankshaft are located fuel, number not less than one, and power, number not less than one, cylinders, but both fuel and power cylinders operate in push-pull mode, that is, the fuel cylinders operate only in the suction and compression mode with ignition of the fuel mixture, and the power cylinders operate in the stroke and exhaust mode, and the ignited fuel mixture in the fuel cylinder when the piston the cylinder is near the top dead center (compression cycle), through the corresponding valve that was opened at that moment, it is fed into the intermediate chamber, and if the volume of this intermediate chamber is much larger than the volume of the power cylinder, the ignited fuel mixture from the fuel cylinder enters this intermediate chamber, as a result Why, in this chamber, the necessary pressure of this combustible fuel mixture is created and maintained, and since the power cylinders always work only in the third and fourth cycles ( flow and exhaust), then the ignited fuel mixture, which is under pressure in the intermediate chamber, then enters the power cylinder through two valves, the degree of opening and closing of one of which is done by a person, and the second valve opens automatically at the moment when the power piston the cylinder is at top dead center (start of the stroke), and the valve closes automatically when the piston of the power cylinder is at bottom dead center (end of the stroke), and at that moment nt automatically opens the exhaust valve of the actuator, the piston goes up, outputting the exhaust gases from the cylinder into the atmosphere and reaching the top dead point, the piston starts again perform its next stroke.