RU2663369C1 - Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты - Google Patents
Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663369C1 RU2663369C1 RU2016129847A RU2016129847A RU2663369C1 RU 2663369 C1 RU2663369 C1 RU 2663369C1 RU 2016129847 A RU2016129847 A RU 2016129847A RU 2016129847 A RU2016129847 A RU 2016129847A RU 2663369 C1 RU2663369 C1 RU 2663369C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- regenerator
- air
- exhaust
- pistons
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
- F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
- F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
- F02B33/10—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder
- F02B33/12—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder the rear face of working piston acting as pumping member and co-operating with a pumping chamber isolated from crankcase, the connecting-rod passing through the chamber and co-operating with movable isolating member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
- F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
- F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
- F02B33/22—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with pumping cylinder situated at side of working cylinder, e.g. the cylinders being parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Техническим результатом изобретения является: значительное повышение его КПД за счет применения регенерации теплоты и реверса газов; значительное снижение массы и габаритов двигателя за счет выполнения рабочего хода в каждом цилиндре за один поворот коленчатого вала. Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания, состоящем из блока цилиндров, поршней, штока, шатуна, коленчатого вала картера, системы подготовки и подачи топливной смеси, всасывающих и выхлопных клапанов, системы запуска, системы охлаждения и системы смазки, поршни выполнены двустороннего действия. В верхней части поршней совершаются процессы рабочего хода и выхлопа отработавших газов, а в нижней - всасывания и сжатия воздуха. Согласно изобретению, воздух перед подачей в цилиндры двигателя предварительно прогревают в регенераторе от теплоты выхлопных газов. Причем воздух, сжатый в нижней части одного из цилиндров, через регенератор передают в верхнюю часть другого цилиндра, а выхлопные газы из каждого цилиндра подают в регенератор. Кроме того, для дополнительного нагрева осуществляют реверс газа путем отбора части выхлопных газов из цилиндра в процессе расширения и подачи их через клапан реверса в регенератор. 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Изобретение может быть использовано на транспортных средствах: мотоциклах, автомобилях, самолетах, а также в качестве привода стационарных установок.
Аналогом предлагаемому двигателю является двигатель по патенту RU 2449138. Этот двигатель состоит из компрессорного блока и блока рабочих цилиндров, содержит камеры сгорания, картер с бесшатунным силовым преобразователем движения поршней, цилиндропоршневую группу, систему подготовки и подачи топливной смеси, всасывающие и выхлопные клапаны, систему запуска двигателя, системы охлаждения и смазки. При этом компрессорный блок и рабочие блоки соединены между собой воздуховодом через ресивер, регенератор и клапан впуска и имеют жесткую кинематическую связь через силовой бесшатунный механизм преобразования движений поршней.
Двигатель по патенту RU 2449138 имеет ряд недостатков ввиду сложности применения в нем функциональной схемы: сложность конструкции, связанная с необходимостью иметь многоступенчатый компрессор и два цилиндра, лишь один из которых рабочий; следствием сложной конструкции двигателя является увеличение массы и габаритов.
Наиболее близким по конструкции является двигатель по патенту RU 2286470, содержащий размещенные в блоке два цилиндра: один цилиндр компрессорный, а второй - рабочий. Установленные в цилиндрах поршни кинематически связаны с кривошипно-шатунным механизмом. Причем, кривошип, связанный с поршнем рабочего цилиндра, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем нагнетательного цилиндра (компрессора), в сторону опережения по углу вращения коленчатого вала. В компрессорном цилиндре происходят такты всасывания и сжатия, а в рабочем цилиндре - расширения (рабочего хода) и выхлопа. Для обеспечения перетока воздуха из компрессорного цилиндра в рабочий, в головке цилиндра предусмотрен перепускной канал.
Недостатками такого типа двигателя являются низкий КПД, ввиду существенного отличия цикла его работы от обобщенного термодинамического (регенеративного) цикла Карно, а также значительные температурные градиенты в корпусе рабочего цилиндра.
Техническим результатом предлагаемого двигателя является: значительное повышение его КПД за счет применения регенерации теплоты и реверса газов, позволяющих существенно снизить температуру выхлопных газов и таким путем приблизить цикл его работы к обобщенному термодинамическому (регенеративному) циклу Карно; значительное снижение массы и габаритов двигателя за счет выполнения рабочего хода в каждом цилиндре за один поворот коленчатого вала, что достигается за счет использования надпоршневого и подпоршневого объемов цилиндра.
Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, состоящем из блока цилиндров, поршней, штока, шатуна, коленчатого вала картера, системы подготовки и подачи топливной смеси, всасывающих и выхлопных клапанов, системы запуска, системы охлаждения и системы смазки, поршни выполнены двустороннего действия: в верхней части совершаются процессы рабочего хода и выхлопа отработавших газов, а нижней - всасывания и сжатия воздуха, а воздух перед подачей в цилиндры двигателя предварительно прогревают в регенераторе от теплоты выхлопных газов, причем воздух, сжатый в нижней части одного из цилиндров, через регенератор передают в верхнюю часть другого цилиндра, выхлопные газы из каждого цилиндра подают в регенератор с целью подогрева сжатого воздуха, поступающего в цилиндры, причем с целью повышения эффекта регенерации теплоты и улучшения процесса сгорания топлива выполняют реверс газов.
Устройство двигателя показано на рис. 1.
Двигатель включает: 1 - цилиндры; 2 - поршни; 3 - штоки; 4 - кривошип; 5 - коленчатый вал; 6 - всасывающий клапан для воздуха; 7 - нагнетательный клапан воздуха в регенератор; 8 - клапан нагнетения воздуха в цилиндр; 9 - клапан нагнетания газа в регенератор; 10 - клапан реверса газов; 11 - свеча зажигания; 12 - регенератор; 13 - выхлопная труба; 14 - форсунка для подачи топлива в цилиндр.
Устройство работает следующим образом. В процессе всасывания воздуха в подпоршневую область цилиндра (через всасывающий клапан для воздуха 6) в его надпоршневой области происходит удаление отработавших газов из цилиндра в регенератор 12 через клапан нагнетения газов в регенератор 9 (поршень движется из нижней мертвой точки - крайнее нижнее положение поршня в верхнюю мертвую точку - крайнее верхнее положение поршня). После того как поршень достигает верхней мертвой точки, открывается клапан нагнетения воздуха в цилиндр 8 и горячий воздух из регенератора 12 в процессе движения поршня вниз нагнетается в данный цилиндр путем перетока его из нижней полости, соседнего цилиндра, из которого воздух проходит через регенератор. Процесс перетока воздуха происходит лишь на некоторой части длины цилиндра. После прекращения перетока воздуха клапан реверса газов 10 открывается, и происходит подача топлива (через форсунку) в цилиндр. После подачи топлива происходит его воспламенение от искры свечи зажигания 11, а поршень, двигаясь вниз, на оставшейся длине цилиндра под давлением воспламенившихся газов совершает рабочий ход. В это же время в подпоршневой зоне цилиндра происходит сжатие воздуха. Пока поршень не достиг нижней мертвой точки, открывается всасывающий клапан для воздуха 6 соседнего цилиндра, в котором поршень также движется вниз, и воздух через регенератор 12 поступает в надпоршневую область этого цилиндра. После впуска топлива через форсунку для подачи топлива в цилиндр 14 в этом цилиндре также происходит рабочий ход, в процессе которого в подпоршневой области цилиндра происходит сжатие воздуха. Сжатый в этом цилиндре воздух через регенератор поступает в другой соседний цилиндр, в котором происходят аналогичные процессы. При подаче горячего воздуха в цилиндры, для как можно большего повышения его температуры, в регенератор 12 через клапан реверса газов 10 выполняется реверс выхлопных газов, то есть часть газов в процессе его расширения отбирается из цилиндра и после его перемешивания с воздухом, выполняемым в регенераторе 12, поступает в надпоршневую область соседнего цилиндра. Удаление газов из регенератора выполняется через выхлопную трубу 13.
Таким образом, за один оборот коленчатого вала в каждом цилиндре выполняется 4 такта: всасывание воздуха и его сжатие (в подпоршневых объемах цилиндров); рабочие ход и выхлоп (в надпоршневых объемах цилиндров). Следовательно, по сравнению с существующими двигателями вес и габариты предлагаемого двигателя могут быть снижены в 2 раза.
Число цилиндров в двигателе должно быть не менее трех. С увеличением числа цилиндров будет возрастать степень сжатия в каждом из них. Для получения конкретных значений степени сжатия необходимо выполнять расчет параметров во всех точках цикла, что возможно лишь при задании конкретных геометрических размеров двигателя.
Коэффициент полезного действия (КПД) цикла с регенерацией теплоты определяется по формуле [1]
где Т1, Т2, Т3, Т5, Т7 - температуры в соответствующих точках цикла (см. рис. 2); σ - степень регенерации - отношение фактически регенерированной теплоты к предельно возможной (полной).
Учитывая, что современные ДВС имеют КПД, не более ηt=0,4, то даже при степени регенерации, равной половине от предельно возможной, прибавка к КПД оказывается весьма существенной.
На рис. 2 приведен термодинамический цикл предлагаемого двигателя в pυ - координатах. Рассмотрим процессы цикла: 1-2 - адиабатное сжатие воздуха в подпоршневой области цилиндра; 2-3 - изохорный подвод теплоты в количестве qр.г. к воздуху в регенераторе 12 через реверс выхлопных газов; 3-4 - изохорный подвод теплоты в количестве qрег от газов к воздуху, выполняемому в регенераторе 12; 4-5 - изохорный подвод теплоты в количестве q1 в результате горения топлива; 5-6 - изобарный подвод теплоты в количестве в результате немгновенной (замедленной) подачи топлива через форсунку 14; 6-7 - адиабатное расширение газов; 7-8 - охлаждение газов в регенераторе 12 с передачей теплоты qрег к воздуху, поступающему в цилиндр; 8-9 - охлаждение реверсируемого газа в регенераторе 12 с передачей теплоты qр.г. к воздуху, поступающему в цилиндр; 9-10 - охлаждение газов в атмосфере с передачей теплоты q2 в окружающую среду.
Литература
Кудинов В.А., Карташов Э.М., Стефанюк Е.В. Техническая термодинамика и теплопередача. 4-е издание. М.: Юрайт, 2016. 567 с. Формула изобретения.
Claims (1)
- Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из блока цилиндров, поршней, штока прямолинейного хода, шатуна, коленчатого вала картера, системы подготовки и подачи топливной смеси, всасывающих и выхлопных клапанов, системы запуска, системы охлаждения и системы смазки, отличающийся тем, что поршни выполнены двустороннего действия: в верхней части совершаются процессы рабочего хода и выхлопа отработавших газов, а нижней – всасывания и сжатия воздуха, а воздух перед подачей в цилиндры двигателя предварительно прогревают в регенераторе от теплоты выхлопных газов, при этом для дополнительного нагрева осуществляют реверс газа путем отбора части выхлопных газов из цилиндра в процессе расширения и подачи их через клапан реверса в регенератор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129847A RU2663369C1 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129847A RU2663369C1 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016129847A RU2016129847A (ru) | 2018-01-25 |
RU2663369C1 true RU2663369C1 (ru) | 2018-08-03 |
Family
ID=61024087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016129847A RU2663369C1 (ru) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2663369C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4170203A (en) * | 1977-08-08 | 1979-10-09 | Caterpillar Tractor Co. | Intake and exhaust manifolds |
DE3025724A1 (de) * | 1980-07-08 | 1982-02-11 | Walter 4791 Schlangen Plöger | Hubkolbenverbrennungsmaschine |
SU1444548A1 (ru) * | 1987-02-23 | 1988-12-15 | Б. А. Глазунов | Поршневой двигатель внутреннего сгорани |
RU2066379C1 (ru) * | 1994-07-13 | 1996-09-10 | Юрий Николаевич Скрипов | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания |
US7004115B2 (en) * | 1999-08-31 | 2006-02-28 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control |
RU78527U1 (ru) * | 2008-05-15 | 2008-11-27 | Абрам Исаакович Глейзер | Поршневой двигатель |
-
2016
- 2016-07-20 RU RU2016129847A patent/RU2663369C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4170203A (en) * | 1977-08-08 | 1979-10-09 | Caterpillar Tractor Co. | Intake and exhaust manifolds |
DE3025724A1 (de) * | 1980-07-08 | 1982-02-11 | Walter 4791 Schlangen Plöger | Hubkolbenverbrennungsmaschine |
SU1444548A1 (ru) * | 1987-02-23 | 1988-12-15 | Б. А. Глазунов | Поршневой двигатель внутреннего сгорани |
RU2066379C1 (ru) * | 1994-07-13 | 1996-09-10 | Юрий Николаевич Скрипов | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания |
US7004115B2 (en) * | 1999-08-31 | 2006-02-28 | Richard Patton | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control |
RU78527U1 (ru) * | 2008-05-15 | 2008-11-27 | Абрам Исаакович Глейзер | Поршневой двигатель |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016129847A (ru) | 2018-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8683984B2 (en) | Thermocompression motor | |
CN101548082A (zh) | 双活塞循环发动机 | |
US6116222A (en) | Two stroke regenerative engine | |
JP3521183B2 (ja) | 圧縮比と膨張比をそれぞれ独自に選べる熱機関 | |
US9574491B2 (en) | Single shaft dual expansion internal combustion engine | |
US9605708B2 (en) | Single-shaft dual expansion internal combustion engine | |
WO2016114683A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания и способ работы | |
RU2663369C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания двустороннего действия с регенерацией теплоты | |
RU2449138C2 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
WO2008112714A2 (en) | Dual stroke combustion/steam engine | |
RU2432474C2 (ru) | Способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания | |
CN101270688B (zh) | 活塞转子内燃机 | |
US3143850A (en) | Supercharged integral compression engine | |
RU2737461C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания двойного действия | |
RU62989U1 (ru) | Свободно-поршневой двигатель-компрессор | |
US2293548A (en) | Pressure gas generator | |
WO2008092218A1 (en) | An internal combustion engine with extended stroke | |
RU2636642C2 (ru) | Унифицированный поршневой двигатель без системы охлаждения | |
RU2362893C2 (ru) | Однокамерный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания со встречнодвижущимися поршнями | |
RU2477375C2 (ru) | Способ осуществления цикла поршневого двигателя и поршневой двигатель | |
RU2641180C2 (ru) | Способ работы двигателя внутреннего сгорания с регенерацией тепла в цикле и двигатель для его осуществления | |
RU2768430C1 (ru) | Гибридная силовая установка | |
WO1999030017A1 (en) | Internal combustion engine | |
US6799563B1 (en) | Two stroke internal combustion engine | |
RU2747244C1 (ru) | Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с дополнением пятого такта |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190721 |