RU2528800C2 - Method of operating piston internal combustion engine - Google Patents
Method of operating piston internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528800C2 RU2528800C2 RU2012153359/06A RU2012153359A RU2528800C2 RU 2528800 C2 RU2528800 C2 RU 2528800C2 RU 2012153359/06 A RU2012153359/06 A RU 2012153359/06A RU 2012153359 A RU2012153359 A RU 2012153359A RU 2528800 C2 RU2528800 C2 RU 2528800C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- cavity
- combustion
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to engine building, in particular to internal combustion engines (ICE).
Прототипом является способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающий наполнение через входное отверстие камеры сгорания и полости цилиндра горючей смесью, сжатие ее поршнем, последующее сжигание с образованием продуктов горения, перемещающих поршень в процессе расширения, удаление их из камеры сгорания и полости цилиндра через выходное отверстие и охлаждение последних [Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др.; под ред. Орлина А.С, Круглова М.Г. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. - 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.].The prototype is a method of operating a reciprocating internal combustion engine, including filling a combustible mixture through an inlet of a combustion chamber and a cylinder cavity, compressing it with a piston, then burning it to produce combustion products that move the piston during expansion, removing them from the combustion chamber and cylinder cavity through the outlet and cooling of the latter [Vyrubov D.N., Ivashchenko N.A., Ivin V.I. and etc.; under the editorship of Orlina A.S., Kruglova M.G. Internal combustion engines: Theory of piston and combined engines. - 4th ed., Revised. and additional - M.: Mechanical Engineering, 1983. - 372 p.].
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- сложность конструкции и недостаточная надежность, обусловленные наличием газораспределительного механизма, причем, как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня приводит к выходу двигателя из строя по причине удара поршней об открытые клапаны;- the complexity of the design and lack of reliability due to the presence of a gas distribution mechanism, and, as a rule, on highly accelerated engines, a break or slipping of the belt leads to engine failure due to the impact of the pistons on the open valves;
- недостаточно высокие эксплуатационные характеристики, связанные с отсутствием реверса вращения коленчатого вала, относительно низким КПД, значительным выбросом вредных веществ с отработавшими газами.- insufficiently high operational characteristics associated with the lack of reverse rotation of the crankshaft, relatively low efficiency, significant emission of harmful substances with exhaust gases.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции, повышение надежности и эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, namely, simplifying the design, improving reliability and performance.
Задача решается тем, что в способе работы поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающем наполнение через входное отверстие камеры сгорания и полости цилиндра горючей смесью, сжатие ее поршнем, последующее сжигание с образованием продуктов горения, перемещающих поршень в процессе расширения, удаление их из камеры сгорания и полости цилиндра через выходное отверстие и охлаждение последних, часть камеры сгорания выполняют подвижной, причем путем соединения частью камеры сгорания полости цилиндра с входным отверстием осуществляют наполнение, с выходным - удаление, а при сжатии и расширении разъединяют входное и выходное отверстия частью камеры сгорания и размещают ее над полостью цилиндра.The problem is solved in that in the method of operation of a reciprocating internal combustion engine, comprising filling a combustible mixture through an inlet of a combustion chamber and a cylinder cavity, compressing it with a piston, subsequent combustion to produce combustion products that move the piston during expansion, removing them from the combustion chamber and cavity cylinder through the outlet and cooling of the latter, part of the combustion chamber is movable, and by connecting part of the combustion chamber of the cylinder cavity to the inlet, m filling, the output - the removal, and compression and expansion disconnect the inlet and outlet portion of the combustion chamber and place it over the cavity of the cylinder.
Соответственно в начале и конце процессов наполнения и удаления входное и выходное отверстия соединяют частью камеры сгорания с полостью цилиндра одновременно. При наполнении горючую смесь перемещают частью камеры сгорания. При удалении продукты сгорания перемещают частью камеры сгорания. В процессе сжигания горючую смесь перемещают частью камеры сгорания. Перемещение части камеры сгорания синхронизируют с передвижением поршня. Одновременно с перемещением части камеры сгорания производят охлаждение последней изнутри. В процессе сжигания горючую смесь перемещают частью камеры сгорания по направлению к фронту пламени. Охлаждение производят жидкостью. Охлаждение производят газом. Неподвижную часть камеры охлаждают посредством подвижной части. Для охлаждения используют негорючее вещество. Для охлаждения используют горючее вещество. Для охлаждения используют окислитель. При охлаждении жидкость подают в зону начала горения.Accordingly, at the beginning and end of the filling and removal processes, the inlet and outlet openings are connected by a part of the combustion chamber to the cylinder cavity at the same time. When filling, the combustible mixture is moved by a part of the combustion chamber. Upon removal, the combustion products are moved by a part of the combustion chamber. During the combustion process, the combustible mixture is moved by a part of the combustion chamber. The movement of the combustion chamber part is synchronized with the movement of the piston. Simultaneously with the movement of part of the combustion chamber, the latter is cooled from the inside. During the combustion process, the combustible mixture is moved by a part of the combustion chamber towards the flame front. Cooling is done with liquid. Cooling is done by gas. The fixed portion of the chamber is cooled by the movable portion. A non-combustible substance is used for cooling. A combustible substance is used for cooling. An oxidizing agent is used for cooling. During cooling, the liquid is fed into the combustion start zone.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.These distinctive features allow you to achieve the following advantages compared with the prototype.
Выполнение части камеры сгорания подвижной и соединение посредством нее полости цилиндра с входным отверстием для наполнения смесью, с выходным для удаления продуктов, а при сжатии и расширении разъединение входного и выходного отверстий частью камеры сгорания и размещение ее над полостью цилиндра позволяет производить замену рабочего тела без газораспределительного механизма, что упрощает конструкцию и повышает ее надежность. Кроме того, появляется возможность реверса коленчатого вала, что повышает эксплуатационные характеристики ДВС.The implementation of the movable part of the combustion chamber and the connection through it of the cylinder cavity with the inlet for filling the mixture with the outlet for removing products, and when compressing and expanding the separation of the inlet and outlet openings with the part of the combustion chamber and placing it above the cylinder cavity, allows the replacement of the working fluid without gas distribution mechanism, which simplifies the design and increases its reliability. In addition, it becomes possible to reverse the crankshaft, which increases the performance characteristics of the internal combustion engine.
Соединение соответственно в начале и конце процессов наполнения и удаления входного и выходного отверстий частью камеры сгорания с полостью цилиндра одновременно обеспечивает перекрытие фаз впуска и выпуска, что позволяет улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и освобождение его от продуктов сгорания. Все это повышает эксплуатационные характеристики.The connection, respectively, at the beginning and end of the processes of filling and removing the inlet and outlet openings with a part of the combustion chamber with the cylinder cavity simultaneously provides overlapping of the intake and exhaust phases, which improves the filling of the cylinder with a combustible mixture and its liberation from combustion products. All this enhances performance.
Перемещение при наполнении горючей смеси частью камеры сгорания способствует лучшему перемешиванию горючего с окислителем, что также повышает эксплуатационные характеристики.Moving when filling the combustible mixture with a part of the combustion chamber contributes to better mixing of the fuel with the oxidizing agent, which also increases the operational characteristics.
Перемещение при удалении продуктов сгорания частью камеры сгорания способствует более быстрому и тщательному выведению продуктов сгорания. Продукты выталкиваются поршнем из полости цилиндра в камеру сгорания, а оттуда посредством движущейся части камеры сгорания они через выходное отверстие выводятся наружу. Это способствует повышению мощности двигателя и улучшению его эксплуатационных характеристик.Moving during removal of the combustion products by the part of the combustion chamber contributes to a more rapid and thorough removal of the combustion products. Products are pushed by the piston from the cylinder cavity into the combustion chamber, and from there, through the moving part of the combustion chamber, they are led out through the outlet. This helps to increase engine power and improve its performance.
Перемещение в процессе сжигания горючей смеси частью камеры сгорания обеспечивает турбулизацию горючей смеси и улучшает процесс ее сгорания, что, в свою очередь, повышает КПД и снижает выброс вредных веществ в атмосферу, повышая в конечном счете эксплуатационные характеристики.Moving in the process of burning a combustible mixture by a part of the combustion chamber ensures turbulization of the combustible mixture and improves the combustion process, which, in turn, increases the efficiency and reduces the emission of harmful substances into the atmosphere, ultimately increasing operational characteristics.
Синхронизация перемещения части камеры сгорания с передвижением поршня способствует правильному распределению тактов работы двигателя во времени, что повышает надежность и эксплуатационные характеристики.The synchronization of the movement of the part of the combustion chamber with the movement of the piston contributes to the correct distribution of the clock cycles of the engine in time, which increases reliability and performance.
Проведение охлаждения камеры сгорания изнутри одновременно с перемещением ее подвижной части позволяет, во-первых, более эффективно охлаждать камеру, поскольку во время сгорания смеси в первую очередь происходит нагрев внутренней поверхности камеры сгорания. Во-вторых, появляется возможность упрощения системы охлаждения двигателя, что повышает надежность.Conducting cooling of the combustion chamber from the inside simultaneously with the movement of its moving part allows, firstly, to more efficiently cool the chamber, since during the combustion of the mixture, the inner surface of the combustion chamber is first heated. Secondly, it becomes possible to simplify the engine cooling system, which increases reliability.
Перемещение в процессе сжигания горючей смеси частью камеры сгорания по направлению к фронту пламени увеличивает скорость горения смеси. Во-первых, холодная свежая смесь, продвигаясь к очагу горения с высокой температурой, быстрее прогревается, и период индукции (ее воспламенения) уменьшается. Во-вторых, движущаяся смесь способствует лучшему отводу продуктов горения от фронта пламени, благодаря чему происходит более полное сгорание. Это повышает эксплуатационные характеристики.Moving during the combustion of a combustible mixture by a part of the combustion chamber towards the flame front increases the burning rate of the mixture. Firstly, a cold fresh mixture, advancing to a burning center with a high temperature, warms up faster, and the induction period (its ignition) decreases. Secondly, the moving mixture contributes to a better removal of combustion products from the flame front, due to which more complete combustion occurs. This improves performance.
Охлаждение внутренних стенок камеры жидкостью повышает КПД двигателя. Образовавшаяся на внутренней поверхности камеры сгорания жидкостная пленка уменьшает отток тепла через стенки камеры. При этом испарение пленки способствует образованию паров у внутренней поверхности камеры сгорания, которые имеют значительно меньший по сравнению с жидкостью коэффициент теплопроводности, что позволяет аккумулировать тепло в заряде смеси при сгорании.The cooling of the inner walls of the chamber with liquid increases the efficiency of the engine. A liquid film formed on the inner surface of the combustion chamber reduces heat outflow through the chamber walls. Moreover, the evaporation of the film contributes to the formation of vapors at the inner surface of the combustion chamber, which have a significantly lower coefficient of thermal conductivity than liquid, which allows heat to accumulate in the charge of the mixture during combustion.
Охлаждение камеры сгорания газом, например водяным паром, во-первых, позволяет препятствовать уходу тепла через стенки камеры сгорания. Во-вторых, дает возможность увеличить количество компонентов в смеси. Все это повышает эксплуатационные характеристики.The cooling of the combustion chamber with a gas, for example water vapor, firstly, makes it possible to prevent the escape of heat through the walls of the combustion chamber. Secondly, it makes it possible to increase the number of components in the mixture. All this enhances performance.
Охлаждение неподвижной части камеры посредством подвижной части упрощает конструкцию двигателя и повышает его надежность.The cooling of the fixed part of the chamber by means of the moving part simplifies the design of the engine and increases its reliability.
Использование для охлаждения камеры негорючего вещества, например водяного пара, позволяет преобразовывать тепловую энергию, которая пошла бы (в обычных ДВС) на нагрев охлаждающей жидкости системы охлаждения, во внутреннюю энергию пара, оказывающего дополнительное давление на поршень. В результате чего КПД двигателя повышается. Если в качестве негорючего вещества использовать воздух, то помимо охлаждения он может выполнять или функцию окислителя поступающей горючей смеси, или может быть использован для продувки.The use of a non-combustible substance, such as water vapor, for cooling the chamber allows the thermal energy that would go (in conventional ICEs) to heat the cooling fluid of the cooling system to be converted into the internal energy of the steam, which exerts additional pressure on the piston. As a result, the engine efficiency is increased. If air is used as a non-combustible substance, then in addition to cooling, it can either perform the function of an oxidizer of the incoming combustible mixture, or it can be used for purging.
Использование для охлаждения камеры горючего вещества, например бензина, упрощает систему питания двигателя и повышает его надежность. Испаряющаяся с внутренней поверхности камеры сгорания пленка служит источником паров топлива, которые, смешиваясь с окислителем, сгорают.The use of a combustible substance, such as gasoline, for cooling the chamber simplifies the engine's power supply system and increases its reliability. The film evaporating from the inner surface of the combustion chamber serves as a source of fuel vapor, which, when mixed with an oxidizing agent, burns.
Использование для охлаждения камеры окислителя позволяет при необходимости сжигать больше топлива, т.е. форсировать двигатель, что повышает эксплуатационные характеристики.The use of an oxidizer for cooling the chamber allows, if necessary, to burn more fuel, i.e. force the engine, which improves performance.
Подача при охлаждении жидкости (например дистиллированной воды) в зону начала горения способствует (в случае принудительного воспламенения смеси от искры) протеканию в этой жидкости высоковольтного разряда, приводящий к образованию низкотемпературной плазмы. Сначала роль жидкости сводится, главным образом, к торможению расширения плазменного канала, благодаря чему увеличивается плотность выделяющейся в плазме энергии, приводящей к быстрому росту температуры и давления плазмы в канале. Вследствие быстрого нагрева и высокого давления получается некоторый перегрев жидкости. В результате этого одна часть жидкости испаряется теплом плазмы, а другая - разделяется на множество мельчайших частиц посредством возникшей в микрообъеме волны сжатия. В процессе разлета мельчайших частиц происходит турбулизация горючей смеси, улучшающая процесс горения. Все это повышает эксплуатационные характеристики.The flow during cooling of a liquid (for example, distilled water) into the zone of the onset of combustion contributes (in the case of forced ignition of the mixture from a spark) to a high-voltage discharge in this liquid, leading to the formation of a low-temperature plasma. At first, the role of the liquid is reduced mainly to inhibition of the expansion of the plasma channel, due to which the density of the energy released in the plasma increases, leading to a rapid increase in the temperature and plasma pressure in the channel. Due to rapid heating and high pressure, some overheating of the liquid is obtained. As a result of this, one part of the liquid is evaporated by the heat of the plasma, and the other is divided into many tiny particles by means of a compression wave that has arisen in the microvolume. In the process of expansion of the smallest particles, turbulence of the combustible mixture occurs, which improves the combustion process. All this enhances performance.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена схема положения деталей двигателя в момент начала удаления продуктов горения. На фиг.2 изображена схема положения деталей двигателя в момент прохождения поршнем верхней мертвой точки. На фиг.3 изображена схема положения деталей двигателя в момент окончания заполнения камеры сгорания и полости цилиндра свежей смесью. На фиг.4 изображена схема положения деталей двигателя в момент начала горения смеси. На фиг.5 изображена схема варианта двигателя при раздельной подаче топлива и окислителя. На фиг.6 изображена схема варианта двигателя, в котором охлаждение неподвижной части камеры сгорания осуществляется за счет подвижной. На фиг.7 изображен разрез А-А лопатки двигателя. На фиг.8 изображен разрез Б-Б лопатки двигателя в момент заполнения жидкостью полости источника зажигания. На фиг.9 изображена схема положения деталей двигателя в момент начала удаления продуктов горения при работе в двухтактном режиме. На фиг.10 изображена схема положения деталей двигателя в момент наполнения камеры сгорания и полости цилиндра свежей смесью при работе в двухтактном режиме. На фиг.11 изображена схема положения деталей двухцилиндрового двигателя в момент начала удаления продуктов горения. На фиг.12 изображена схема положения деталей двухцилиндрового двигателя в момент начала всасывания свежей горючей смеси. На фиг.13 изображена схема положения деталей двухцилиндрового двигателя в момент начала сжатия свежей горючей смеси. На фиг.14 изображена схема положения деталей двухцилиндрового двигателя в момент начала горения свежей горючей смеси.Figure 1 shows a diagram of the position of engine parts at the beginning of the removal of combustion products. Figure 2 shows a diagram of the position of engine parts at the time the piston passes the top dead center. Figure 3 shows a diagram of the position of engine parts at the time of completion of filling the combustion chamber and the cylinder cavity with a fresh mixture. Figure 4 shows a diagram of the position of engine parts at the beginning of the combustion of the mixture. Figure 5 shows a diagram of a variant of the engine with separate fuel and oxidizer. Figure 6 shows a diagram of a variant of the engine in which the stationary part of the combustion chamber is cooled by the movable. Figure 7 shows a section aa of the engine blades. On Fig shows a section bB of the engine blades at the time of filling the cavity of the ignition source with liquid. Figure 9 shows a diagram of the position of engine parts at the beginning of the removal of combustion products when operating in push-pull mode. Figure 10 shows a diagram of the position of engine parts at the time of filling the combustion chamber and cylinder cavity with a fresh mixture when operating in push-pull mode. Figure 11 shows a diagram of the position of the parts of a two-cylinder engine at the time of the start of removal of combustion products. On Fig shows a diagram of the position of the parts of a two-cylinder engine at the time of the start of the intake of fresh combustible mixture. On Fig shows a diagram of the position of the parts of a two-cylinder engine at the time of the beginning of compression of the fresh combustible mixture. On Fig shows a diagram of the position of the parts of a two-cylinder engine at the start of burning fresh fuel mixture.
Двигатель содержит цилиндрический корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 окнами, в котором установлены с возможностью вращения цилиндрический ротор 4 с лопастями 5, кинематически связанный с коленчатым валом и с роликами 6, имеющими впадины 7 для пропуска лопаток, разделяющими пространство между корпусом и ротором на кольцевые камеры 8 и 9, из которых, по крайней мере, последняя сообщена с полостью 10 цилиндра, в которой с возможностью перемещения вдоль оси размещен поршень 11, соединенный с коленчатым валом. На цилиндре может быть установлена форсунка 12 с топливом 13, сообщающаяся с полостью и камерой. Ротор может быть выполнен полым с возможностью вращения на вставке 14, установленной соосно с корпусом и имеющей полость 15 с жидкостью 16. Лопатки ротора могут иметь каналы 17, соединяющие торцевые поверхности лопатки с полостью ротора. В корпусе может быть установлен источник зажигания (свеча зажигания) с изолированным 18 и боковым 19 электродами, между которыми возможно размещение капли 20 жидкости. Корпус также может иметь выпускные 21 и впускные 22 окна, которые периодически перекрываются роликами. Работает устройство следующим образом.The engine comprises a cylindrical housing 1 with
Для работы двигателя в четырехтактном режиме (при использовании трехлопастного ротора) передаточное отношение от коленчатого вала к ротору должно быть равно 6, а от роликов к ротору - 1,5. После окончания рабочего хода поршня 11 и прохождения им нижней мертвой точки (НМТ) происходит удаление продуктов сгорания из камеры 9 и полости цилиндра 10 через выпускное окно 3 (фиг.1). Продукты сгорания будут удаляться не только посредством поршня 11, но и с помощью лопатки II ротора 4, которая в процессе движения (поворота) будет перемещать их в сторону выпускного окна 3. Одновременно за этой лопаткой движется свежая горючая смесь, поступающая через входное окно 2. Большая часть сечения полости цилиндра оказывается соединенной с выпускным окном 3, поэтому основная масса продуктов сгорания будет уходить в выпускное окно 3, к тому же, поступлению продуктов сгорании в левую (от лопатки II) часть камеры 9 препятствует находящаяся там свежая смесь. Однако нельзя исключить возможность частичного попадания туда (перемешивания со смесью) небольшого количества продуктов горения, в результате чего будет иметь место эффект рециркуляции дымовых газов.For the engine to operate in four-stroke mode (when using a three-blade rotor), the gear ratio from the crankshaft to the rotor should be 6, and from the rollers to the rotor - 1.5. After the end of the stroke of the piston 11 and the passage of the bottom dead center (BDC), the combustion products are removed from the chamber 9 and the cavity of the cylinder 10 through the exhaust window 3 (Fig. 1). The combustion products will be removed not only by means of the piston 11, but also with the help of the blade II of the
При прохождении поршнем расстояния от НМТ до верхней мертвой точки (ВМТ) коленчатый вал повернется на угол 180°, а ротор 4 - на 30°. В результате этого лопатка II займет вертикальное положение, разделяя сечение полости цилиндра 10 на две равные части (фиг.2). Лопатка II будет продолжать вытеснять продукты сгорания в выпускное окно 3, увеличивая при этом площадь сечения полости цилиндра 10, сообщаемую с впускным окном 2, и уменьшая соответственно ту часть сечения полости, которая связана с выпускным окном 3. Поршень 11 будет двигаться вниз, осуществляя интенсивное всасывание свежей смеси из впускного окна 2 в полость цилиндра.When the piston passes the distance from the BDC to the top dead center (TDC), the crankshaft will rotate through an angle of 180 °, and rotor 4 - by 30 °. As a result of this, the blade II will occupy a vertical position, dividing the cross section of the cavity of the cylinder 10 into two equal parts (figure 2). The blade II will continue to displace the combustion products into the
При приближении поршня к НМТ лопатка III начнет перекрывать впускное окно 2 и затем разобщать его с полостью цилиндра 10, а лопатка II - разобщать указанную полость с выпускным окном 3 (фиг.3). После прохождение поршнем НМТ начнется сжимание свежей смеси.When the piston approaches the BDC, the blade III will begin to overlap the
К моменту подхода поршня к ВМТ смесь окажется сжатой в камере сгорания, образованной лопатками II, III, поверхностью ротора 4, находящейся между ними, и стенками корпуса 1 (частью камеры 9) (фиг.4). Сжатую смесь поджигают посредством свечи зажигания известным способом, в результате чего поршень совершает рабочий ход. Поскольку давление газов одинаково действует на обе лопатки, то практически никакого противодействия повороту ротора оно не оказывает. После этого цикл работы двигателя повторяется. В процессе сгорания лопатка III перемещает (пододвигает) смесь к источнику зажигания (к фронту пламени), в результате чего увеличивается скорость ее сгорания, а также происходит турбулизация смеси. После прохождения лопаткой I ролика 6, ее можно охлаждать, например, струей воздуха, омывающего ее поверхности и поверхность ротора 4. Благодаря этому устраняется существенный недостаток, присущий роторно-лопастным двигателям, в которых лопатки испытывают большую тепловую нагрузку.By the time the piston approaches the TDC, the mixture will be compressed in the combustion chamber formed by the blades II, III, the surface of the
Аналогичным образом двигатель будет работать в режиме дизеля, если вместо смеси засасывать окислитель (воздух), а зажигание заменить впрыском топлива. Кроме того, впрыск топлива 13 можно осуществлять и непосредственно после всасывания окислителя, например с помощью форсунки 12.Similarly, the engine will operate in diesel mode if, instead of the mixture, the oxidizer (air) is sucked in, and the ignition is replaced by fuel injection. In addition, the injection of
Если ротор 4 выполнен полым и имеет вставку 14 с полостью 15, которая заполнена жидкостью 16, то можно производить охлаждение стенок корпуса 1 указанной жидкостью. Как только лопатка окажется напротив полости 15, через каналы 17 лопатки начнет протекать жидкость 16, которая благодаря малому зазору 8 между торцевыми поверхностями лопатки и корпусом 1 будет смачивать тонким слоем поверхность корпуса, оставляя на ней тонкую водяную пленку (след), которая начинает испаряться, охлаждая стенки камеры сгорания и продуцируя пар, теплопроводность которого ниже, чем у жидкости (фиг.6, 7). Благодаря этому снижается отток тепла через стенки камеры сгорания, а перегретый пар создает дополнительное давление на поршень двигателя в процессе его рабочего хода. После прохождения лопаткой полости 15 жидкость 16 перестанет поступать в каналы 17 и смачивание стенки корпуса прекратится.If the
Если поместить источник зажигания напротив одного из каналов 17, то в пространство между центральным 18 и боковым 19 электродами поступит жидкость, которая покроет их и останется в виде некоторой капли 20, удерживающейся в указанном пространстве силами поверхностного натяжения, капиллярными или за счет определенного положения этого пространства, например изначального наклона источника (фиг.8). При воздействии на электрод 18 импульса высокого напряжения происходит электрический разряд, приводящий к формированию в капле 20 низкотемпературной плазмы. Приближенно можно считать, что вся энергия, выделяющаяся в плазменном канале, идет в основном на нагрев вещества в канале разряда и на работу расширения канала.If you place the ignition source opposite one of the
В результате создавшихся высокой температуры и большого давления в канале плазмы одна часть порции жидкости испаряется ее теплом, а другая - разлетается на множество мельчайших частиц посредством возникшей в микрообъеме волны сжатия. В процессе разлета этих частиц происходит турбулизация заряда горючей смеси и дополнительное образование паров. При воздействии низкотемпературной плазмы появляются продукты распада жидкости (воды), в числе которых присутствует гидроксильный радикал (ОН), обеспечивающий горение окиси углерода:As a result of the high temperature and high pressure in the plasma channel, one part of the portion of the liquid is evaporated by its heat, and the other is scattered into many tiny particles by means of a compression wave arising in the microvolume. In the process of expansion of these particles, turbulence of the charge of the combustible mixture and additional vapor formation occur. Under the influence of low-temperature plasma, liquid (water) decomposition products appear, among which there is a hydroxyl radical (OH), which provides carbon monoxide burning:
СО+ОН=СO2+Н;CO + OH = CO 2 + H;
Н+О2=ОН+O;H + O 2 = OH + O;
СО+O=СO2.CO + O = CO 2 .
Кроме того, углерод, который обычно выделяется в виде частичек сажи, вступает в реакцию с парами воды:In addition, carbon, which is usually released as particles of soot, reacts with water vapor:
С+Н2O=СО+Н2;C + H 2 O = CO + H 2 ;
С+2Н2O=СO2+2Н2.C + 2H 2 O = CO 2 + 2H 2 .
Все это интенсифицирует процесс горения, в результате чего увеличивается полнота сгорания и повышается КПД термического преобразования энергии. Кроме того, получающийся водород увеличит выделяющуюся в начальном очаге горения теплоту, что позволяет сжигать обедненные горючие смеси.All this intensifies the combustion process, as a result of which the completeness of combustion increases and the efficiency of thermal energy conversion increases. In addition, the resulting hydrogen will increase the heat released in the initial burning area, which allows you to burn lean fuel mixtures.
Отметим, что вместо воды можно использовать горючую жидкость (топливо), которая находясь в виде пленки на поверхности камеры сгорания, постепенно испаряясь, продуцирует пары топлива. При этом скорость испарения топлива с поверхности пленки не меньше, чем при его распределении по объему воздушного заряда в виде капель того же диаметра, что и толщина пленки (см. например, Вырубов Д.Н. Проблема смесеобразования в двигателях с воспламенением от сжатия. Повышение мощности и экономичности двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1957).Note that instead of water, you can use a combustible liquid (fuel), which, being in the form of a film on the surface of the combustion chamber, gradually evaporating, produces fuel vapor. In this case, the rate of fuel evaporation from the film surface is not less than when it is distributed over the air charge in the form of droplets of the same diameter as the film thickness (see, for example, DN Vyrubov. The problem of mixture formation in compression ignition engines. Increase power and efficiency of internal combustion engines. M: Mashgiz, 1957).
Можно также вместо воды вводить в камеру жидкий окислитель, например фэтерол, представляющий собой смесь метилтретбутилового эфира и третбутилового спирта (см. ИР №2, 1995, с.12). Это позволит сжигать обогащенные смеси, повышая при этом мощность двигателя.It is also possible to introduce a liquid oxidizing agent into the chamber instead of water, for example, phenol, which is a mixture of methyl tert-butyl ether and tert-butyl alcohol (see IR No. 2, 1995, p.12). This will allow to burn enriched mixtures, while increasing engine power.
Двигатель может также работать в режиме реверса, если поменять местами окна 2 и 3, а при запуске двигателя вращать коленчатый вал (например стартером) в противоположную сторону. Такой двигатель удобно использовать на транспортном средстве, которое не имеет преимущественного направления движения (например, дрезина).The engine can also work in reverse mode if you swap
Для работы двигателя в двухтактном режиме (при использовании трехлопастного ротора) передаточное отношение от коленчатого вала к ротору должно быть равно 3, а от роликов к ротору - 1,5. В процессе рабочего хода поршня 11 при прохождении им около 0,7 хода от ВМТ лопатка III соединяет выпускное окно 3 с полостью цилиндра, создавая возможность удаления из полости цилиндра 10 продувкой продуктов горения (фиг.9). При подходе поршня к НМТ лопатка I разделяет полость цилиндра пополам, создавая условия для заполнения камеры сгорания и полости цилиндра свежей смесью, поступающей из входного окна 2. Дальнейшее движение поршня сопровождается заполнением смесью камеры сгорания и полости цилиндра, которое заканчивается на отметке около 0,7 хода от ВМТ, когда лопатка II перекроет и отсечет окно 2 от камеры сгорания, а лопатка I окажется вне полости цилиндра (фиг.10). Далее начинается процесс сжатия горючей смеси, который заканчивается к моменту подхода поршня к ВМТ. Лопатки I и II при этом будут симметрично расположены относительно оси полости цилиндра. Затем происходит воспламенение смеси и рабочий ход поршня, после чего цикл работы двигателя повторяется.For the engine to operate in two-stroke mode (when using a three-blade rotor), the gear ratio from the crankshaft to the rotor should be 3, and from the rollers to the rotor - 1.5. During the working stroke of the piston 11, when it passes about 0.7 strokes from the TDC, the blade III connects the
Двигатель может работать в четырехтактном режиме с двумя цилиндрами, каждый из которых соединен со своим коленчатым валом. Отбор мощности можно вести с единого вала или с каждого по отдельности, при этом вращение валов должно быть синхронизировано. Для работы двигателя в этом режиме (при использовании четырехлопастного ротора) передаточное отношение от коленчатого вала к ротору должно быть равно 8, а от роликов к ротору - 2.The engine can operate in four-stroke mode with two cylinders, each of which is connected to its own crankshaft. Power take-off can be carried out from a single shaft or from each separately, while the rotation of the shafts must be synchronized. For the engine to work in this mode (when using a four-blade rotor), the gear ratio from the crankshaft to the rotor should be 8, and from the rollers to the rotor - 2.
После окончания рабочего хода поршни обоих цилиндров находятся в НМТ, лопатки I и III не доходят до оси полости цилиндров на 22,5°. При этом лопатка IY (и II), находясь над выпускным окном 21, не препятствует сообщению его с камерой сгорания и полостью цилиндра (фиг.11). Продукты сгорания начинают удаляться, при достижении поршнями ВМТ ролики 6 закрывают выпускные окна 21 и приоткрывают впускные 22 (фиг.12). Дальнейшее движение поршней к НМТ сопровождается всасыванием свежей горючей смеси в цилиндры, которое заканчивается при подходе поршней к НМТ (фиг.13). При этом лопатка II (IY) перекрывает доступ свежей смеси из окна 22. Затем происходит сжатие смеси, ее воспламенение и последующее горение (фиг.14), после чего цикл работы двигателя повторяется.After the end of the working stroke, the pistons of both cylinders are in the BDC, the blades I and III do not reach the cylinder axis by 22.5 °. In this case, the blade IY (and II), being above the
Внедрение изобретения позволит создать ДВС без газораспределительного механизма, что упрощает конструкцию не только самого двигателя, но и систем смазки и охлаждения. Такой двигатель небольшого объема можно использовать на стоянке для выработки энергии, необходимой для работы кондиционера, габаритных огней и т.п., оставляя при этом основной (тяговый) двигатель в выключенном состоянии.The implementation of the invention will create an internal combustion engine without a gas distribution mechanism, which simplifies the design of not only the engine itself, but also lubrication and cooling systems. Such a small-capacity engine can be used in the parking lot to generate the energy necessary for the operation of the air conditioner, parking lights, etc., while leaving the main (traction) engine off.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012153359/06A RU2528800C2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of operating piston internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012153359/06A RU2528800C2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of operating piston internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012153359A RU2012153359A (en) | 2014-06-20 |
| RU2528800C2 true RU2528800C2 (en) | 2014-09-20 |
Family
ID=51213556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012153359/06A RU2528800C2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Method of operating piston internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2528800C2 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1583260A (en) * | 1925-01-22 | 1926-05-04 | William Rees | Rotary valve for explosive engines |
| SU39477A1 (en) * | 1934-03-02 | 1934-10-31 | Б.Ю. Шварц | Internal combustion engine |
| GB449919A (en) * | 1935-02-25 | 1936-07-07 | Roland Claude Cross | Improvements relating to the cooling of internal combustion engines |
| US2116022A (en) * | 1935-06-13 | 1938-05-03 | Motoraktieselskapet | Rotating valve for internal combustion engines |
| US2156749A (en) * | 1936-04-04 | 1939-05-02 | Erwin G Baker | Rotary valve engine |
| US5111783A (en) * | 1990-12-26 | 1992-05-12 | Jack P. Janetatos | Rotary valve system for internal combustion engines |
| US5908016A (en) * | 1996-03-06 | 1999-06-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Carbon fiber reinforced carbon composite rotary valves for internal combustion engines |
| CN1584299A (en) * | 2004-06-01 | 2005-02-23 | 张子生 | Rotary valve actuating apparatus of IC engine |
-
2012
- 2012-12-10 RU RU2012153359/06A patent/RU2528800C2/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1583260A (en) * | 1925-01-22 | 1926-05-04 | William Rees | Rotary valve for explosive engines |
| SU39477A1 (en) * | 1934-03-02 | 1934-10-31 | Б.Ю. Шварц | Internal combustion engine |
| GB449919A (en) * | 1935-02-25 | 1936-07-07 | Roland Claude Cross | Improvements relating to the cooling of internal combustion engines |
| US2116022A (en) * | 1935-06-13 | 1938-05-03 | Motoraktieselskapet | Rotating valve for internal combustion engines |
| US2156749A (en) * | 1936-04-04 | 1939-05-02 | Erwin G Baker | Rotary valve engine |
| US5111783A (en) * | 1990-12-26 | 1992-05-12 | Jack P. Janetatos | Rotary valve system for internal combustion engines |
| US5908016A (en) * | 1996-03-06 | 1999-06-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Carbon fiber reinforced carbon composite rotary valves for internal combustion engines |
| CN1584299A (en) * | 2004-06-01 | 2005-02-23 | 张子生 | Rotary valve actuating apparatus of IC engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012153359A (en) | 2014-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100699603B1 (en) | Operating method and device for supplementary compressed air injection engine operating with mono-energy or bi-energy in two or three powering modes | |
| CN1055517C (en) | Vane rotor engine | |
| CN103748334A (en) | Two-stroke internal combustion engine, method of operating two-stroke internal combustion engine and method of converting two-stroke engine | |
| RU2324060C1 (en) | Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons | |
| US20160160751A1 (en) | Rotary Internal Combustion Engine | |
| WO2014107996A1 (en) | Turbine rotor energy-saving engine | |
| RU2373408C2 (en) | Method of operating thermal engine and its design | |
| US4458480A (en) | Rotating cylinder external combustion engine | |
| US4413486A (en) | Rotating cylinder external combustion engine | |
| CN110145396A (en) | Concentric circumferences rotor-type internal combustion engine | |
| RU2528800C2 (en) | Method of operating piston internal combustion engine | |
| RU2550234C2 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2561805C1 (en) | Reciprocating internal combustion engine | |
| RU2566577C1 (en) | Vehicle heat- and electric power feed system | |
| CN100501140C (en) | Environment-friendly energy-saving type rotary piston engine | |
| RU2416726C1 (en) | Rotary engine | |
| RU2301349C9 (en) | Rotary sector turbine engine | |
| WO1998029648A1 (en) | Internal combustion engines utilizing variable compression complete unit charge air/fuel injection or transference | |
| RU2330971C2 (en) | Thermal engine operation and its design | |
| RU2561808C1 (en) | Reciprocating internal combustion engine | |
| NL2024838B1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2704431C1 (en) | Wide-range air-jet engine of detonation combustion (versions) | |
| RU2028476C1 (en) | Rotor-blade internal combustion engine | |
| RU2435975C2 (en) | Menshov internal combustion engine | |
| RU2721765C1 (en) | Four-stroke diesel engine with external combustion chamber |