RU2338076C2

RU2338076C2 - Four-stroke combined engine

Info

Publication number: RU2338076C2
Application number: RU2003137888/06A
Authority: RU
Inventors: Лев Павлович Афиногенов (RU); Лев Павлович Афиногенов
Original assignee: Кукоев Алексей Вячеславович
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2008-11-10
Also published as: RU2003137888A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: four-stroke ICE incorporates main cylinder with piston, con-rod gear, intake branch pipe with the valve, exhaust manifold with the valve, devices to prepare and to ignite the gas mixture, device to inject water in the cylinder. At that the aforesaid engine comprises an additional cylinder with the piston, its diameter exceeding that of the main cylinder piston, an additional intake and discharge branch pipe with the valve. At that the aforesaid additional intake branch pipe communicates with the main cylinder exhaust manifold, while its exhaust branch pipe communicates with the exhaust pipe. The additional cylinder piston and exhaust valve are linked to the con-rod gear, the additional cylinder piston reciprocating in phase opposition relative to the main cylinder piston and the exhaust branch pipe valve opening with the additional cylinder piston traveling from the DBP to DTP. Note here that the water is injected into the main cylinder during the main cylinder exhaust stroke. The proposed engine comprises an even number of the main cylinders, each pair incorporating one additional cylinder.

EFFECT: higher engine efficiency.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к моторостроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, mainly to internal combustion engines.

Известен комбинированный шеститактный двигатель внутреннего сгорания, в котором к основным тактам (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп) добавлены еще два такта: впрыскивание воды в камеру сгорания и дополнительный рабочий ход уже за счет давления водяного пара (Комбинированный двигатель. Журнал «Наука и техника», 1974, №5, с.44, Москва, издательство ВЦСПС, Профиздат).A combined six-stroke internal combustion engine is known, in which two more cycles are added to the main strokes (suction, compression, working stroke and exhaust): water injection into the combustion chamber and additional working stroke due to water vapor pressure (Combined engine. Science and technology ”, 1974, No. 5, p. 44, Moscow, VTsSPS publishing house, Profizdat).

Недостатком известного способа является использование теплоты только за счет температуры поверхности камеры сгорания, теплота же горючих газов теряется при выхлопе.The disadvantage of this method is the use of heat only due to the temperature of the surface of the combustion chamber, while the heat of combustible gases is lost during exhaust.

Расчеты показывают, что эти потери значительны. Действительно, при объеме цилиндра 1,5 литра и 5600 оборотах в минуту развиваемая двигателем механическая мощность составляет 70 кВт. Температура выходящих газов при этом достигает 400-450°С.Calculations show that these losses are significant. Indeed, with a cylinder volume of 1.5 liters and 5600 rpm, the mechanical power developed by the engine is 70 kW. The temperature of the exhaust gases in this case reaches 400-450 ° C.

Как показывают расчеты, при этих условиях тепловая мощность уходящих газов составляет не менее 30 кВт. Это является одним из факторов, снижающих КПД двигателей внутреннего сгорания до 30-45%.According to calculations, under these conditions, the thermal power of the exhaust gases is at least 30 kW. This is one of the factors that reduce the efficiency of internal combustion engines to 30-45%.

Технической задачей изобретения является повышение КПД двигателей за счет использования теплоты уходящих из цилиндра газов.An object of the invention is to increase the efficiency of engines by using the heat of the gases leaving the cylinder.

Эта задача решается за счет того, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий основной цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, впускной патрубок с клапаном, выпускной коллектор с клапаном, устройства для составления горючей смеси и ее воспламенения, глушитель, а также устройство для впрыскивания воды в цилиндр, согласно изобретению содержит дополнительный цилиндр с поршнем, диаметр которого больше диаметра основного цилиндра, дополнительный впускной патрубок и выпускной патрубок с клапаном, при этом дополнительный впускной патрубок соединен с выпускным коллектором основного цилиндра, выпускной патрубок соединен с глушителем, а поршень дополнительного цилиндра и выпускной клапан связаны с кривошипно-шатунным механизмом, причем поршень в дополнительном цилиндре двигается в противофазе с поршнем в основном цилиндре, а клапан выпускного патрубка открывается, когда поршень в дополнительном цилиндре движется от нижней к верхней мертвой точке, при этом впрыск воды в основной цилиндр производится на такте выхлопа основного цилиндра.This problem is solved due to the fact that a four-stroke internal combustion engine containing a main cylinder with a piston, a crank mechanism, an intake pipe with a valve, an exhaust manifold with a valve, a device for composing a combustible mixture and its ignition, a muffler, and also an injection device water in the cylinder, according to the invention contains an additional cylinder with a piston, the diameter of which is greater than the diameter of the main cylinder, an additional inlet pipe and an outlet pipe with a valve, the integral inlet pipe is connected to the exhaust manifold of the main cylinder, the exhaust pipe is connected to the muffler, and the piston of the additional cylinder and the exhaust valve are connected to the crank mechanism, the piston in the additional cylinder moving in antiphase with the piston in the main cylinder, and the valve of the exhaust pipe opens, when the piston in the secondary cylinder moves from bottom to top dead center, while water is injected into the main cylinder at the exhaust stroke of the main cylinder.

Двигатель состоит из четного числа основных цилиндров, каждая пара которых содержит один дополнительный цилиндр.The engine consists of an even number of main cylinders, each pair of which contains one additional cylinder.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен двигатель, содержащий основной цилиндр с поршнем 2, связанным с кривошипно-шатунным механизмом 3, впускной патрубок 4 с клапаном 5, выпускной коллектор 6 с клапаном 7, устройства для составления горючей смеси 8 и ее воспламенения 9, глушитель 10 и устройство 11 для впрыскивания воды в основной цилиндр 1, дополнительный цилиндр 12, диаметр которого больше диаметра основного цилиндра 1, поршень 13, связанный с механизмом 3 и работающий в противофазе с поршнем 2, дополнительный впускной патрубок 14, выпускной патрубок 15 с клапаном 16. При этом дополнительный впускной патрубок 14 соединен с выпускным коллектором 6, а выпускной патрубок 15 соединен с глушителем 10. Клапан 16 связан с механизмом 3 и открывается всегда, когда поршень 13 движется от нижней к верхней мертвой точке, а впрыскивание воды в основной цилиндр 1 производится на такте "выхлоп", то есть когда клапан 7 открыт, а поршень 2 движется от нижней к верхней мертвой точки.The invention is illustrated by the drawing, which shows the engine containing the main cylinder with a piston 2 connected to the crank mechanism 3, the inlet pipe 4 with the valve 5, the exhaust manifold 6 with the valve 7, a device for composing a combustible mixture 8 and its ignition 9, a muffler 10 and a device 11 for injecting water into the main cylinder 1, an additional cylinder 12, the diameter of which is larger than the diameter of the main cylinder 1, a piston 13 connected to the mechanism 3 and operating in antiphase with the piston 2, an additional inlet pipe 14, exhaust noy pipe 15 with valve 16. In this case, the additional inlet pipe 14 is connected to the exhaust manifold 6, and the exhaust pipe 15 is connected to the muffler 10. The valve 16 is connected to the mechanism 3 and opens always when the piston 13 moves from bottom to top dead center, and water is injected into the main cylinder 1 at the “exhaust” stroke, that is, when the valve 7 is open and the piston 2 moves from bottom to top dead center.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

В основном цилиндре 1 процессы протекают, как в прототипе, а именно: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп, с той лишь разницей, что выхлоп производится не в глушитель 10, а в дополнительный цилиндр 12 через открытый клапан 7, а впрыскивание воды в основной цилиндр 1 производится, когда поршень 2 после рабочего хода находится в нижней мертвой точке. Поскольку диаметр поршня 12 больше диаметра поршня 2, то суммарный момент вращения будет действовать в том же направлении, в каком он действовал до впрыскивания воды в основной цилиндр 1. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки процессы в основном цилиндре 1 повторяются, как указано выше, а в дополнительном цилиндре 12 происходит выталкивание отработанного пара в глушитель 10 через клапан 16. При тактах сжатия и рабочем ходе в основном цилиндре 1 в дополнительном цилиндре 12 поршень 13 работы не производит, поскольку вода в дополнительный цилиндр 12 не впрыскивается. При наличии же двух основных цилиндров 1, работающих на один дополнительный цилиндр 12, вода в дополнительный цилиндр 12 может подаваться поочередно из этих двух основных цилиндров 1. Отметим, что 4-цилиндровый двигатель должен содержать два дополнительных цилиндра, а 6-цилиндровый - три.In the main cylinder 1, the processes proceed as in the prototype, namely: suction, compression, stroke and exhaust, with the only difference being that the exhaust is not in the muffler 10, but in the additional cylinder 12 through the open valve 7, and the injection of water into the main cylinder 1 is produced when the piston 2 after the stroke is at bottom dead center. Since the diameter of the piston 12 is larger than the diameter of the piston 2, the total torque will act in the same direction in which it acted before the water was injected into the main cylinder 1. When the piston 2 reaches top dead center, the processes in the main cylinder 1 are repeated, as described above, and in the additional cylinder 12, the exhaust steam is pushed out into the muffler 10 through the valve 16. During compression strokes and the working stroke in the main cylinder 1 in the additional cylinder 12, the piston 13 does not work, since water is in the additional cylinder Lindrum 12 is not injected. If there are two main cylinders 1 working on one additional cylinder 12, water can be supplied to the additional cylinder 12 from these two main cylinders 1. We note that the 4-cylinder engine should contain two additional cylinders, and the 6-cylinder should have three.

Благодаря использованию дополнительного цилиндра повышается КПД двигателя за счет использования теплоты выхлопных газов. Заметим, что в прототипе из шести тактов рабочими являются только два, а в заявляемом изобретении два рабочих такта происходят при четырех тактах.Thanks to the use of an additional cylinder, engine efficiency is increased by using the heat of the exhaust gases. Note that in the prototype of six cycles, only two are workers, and in the claimed invention, two working cycles occur at four cycles.

Claims

1. Four-stroke internal combustion engine comprising a main cylinder with a piston, a crank mechanism, an inlet pipe with a valve, an exhaust manifold with a valve, a device for composing a combustible mixture and its ignition, a muffler, as well as a device for injecting water into a cylinder, characterized the fact that it contains an additional cylinder with a piston, the diameter of which is larger than the diameter of the piston of the main cylinder, an additional inlet pipe and an outlet pipe with a valve, while an additional inlet pipe connected to the exhaust manifold of the main cylinder, the exhaust pipe is connected to the muffler, and the piston of the secondary cylinder and the exhaust valve are connected to the crank mechanism, the piston in the secondary cylinder moving out of phase with the piston in the main cylinder, and the valve of the exhaust pipe opens when the piston is in the additional cylinder moves from bottom to top dead center, while water is injected into the main cylinder at the exhaust stroke of the main cylinder.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it consists of an even number of main cylinders, each pair of which contains one additional cylinder.