RU2435975C2 - Menshov internal combustion engine - Google Patents
Menshov internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435975C2 RU2435975C2 RU2009105305/06A RU2009105305A RU2435975C2 RU 2435975 C2 RU2435975 C2 RU 2435975C2 RU 2009105305/06 A RU2009105305/06 A RU 2009105305/06A RU 2009105305 A RU2009105305 A RU 2009105305A RU 2435975 C2 RU2435975 C2 RU 2435975C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- cylinders
- expansion
- heat
- piston
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено на транспорте, в сельскохозяйственных и дорожных машинах, в стационарных силовых установках.The invention relates to the field of engine building and can be used in transport, in agricultural and road vehicles, in stationary power plants.
Известен двигатель внутреннего сгорания (дизель), работающий по четырехтактному циклу, содержащий по меньшей мере один цилиндр, в котором перемещается поршень, соединенный шатуном с кривошипом коленчатого вала. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, коленчатый вал - вращательное. Одному обороту коленчатого вала соответствуют два хода поршня. В головке цилиндра установлены впускной и выпускной клапаны, связывающие внутрицилиндровую полость с атмосферой. Для осуществления рабочих процессов на двигателе установлен распределительный вал, приводимый в действие от коленчатого вала, вращающийся со скоростью, в два раза меньшей скорости вращения коленчатого вала. На двигателе размещен топливный насос высокого давления. В головке цилиндра установлена форсунка с распылителем, имеющим отверстия малого диаметра, которые обеспечивают поступление в камеру сгорания мелко распыленного топлива. Рабочий цикл двигателя происходит за четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала и состоит из пяти процессов: впуска воздуха, его сжатия, сгорания мелко распыленного топлива, расширения и выпуска продуктов сгорания. В двигателях внутреннего сгорания, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения, остальные три такта являются подготовительными. Один из подготовительных ходов поршня (ход сжатия) необходим для повышения термического К.П.Д. двигателя. Конечное давление сжатия в дизелях составляет 30-40 кг/см2, температура достигает 800-900К. Однако и при этих условиях в цилиндре для самовоспламенения топлива требуется некоторое время.Known internal combustion engine (diesel), operating on a four-cycle cycle, containing at least one cylinder in which the piston is connected, connected by a connecting rod with a crank of the crankshaft. The piston reciprocates, the crankshaft rotates. Two turns of the piston correspond to one crankshaft revolution. The inlet and outlet valves are installed in the cylinder head, connecting the in-cylinder cavity with the atmosphere. To carry out work processes, a camshaft is installed on the engine, driven by a crankshaft, rotating at a speed half that of a crankshaft. The engine has a high pressure fuel pump. A nozzle with a sprayer having small diameter openings is installed in the cylinder head, which ensures the entry of finely atomized fuel into the combustion chamber. The engine’s duty cycle occurs in four piston strokes, which corresponds to two crankshaft revolutions and consists of five processes: air intake, its compression, combustion of finely atomized fuel, expansion and release of combustion products. In internal combustion engines operating on a four-cycle cycle, useful work is performed only during the expansion cycle, the remaining three cycles are preparatory. One of the preparatory piston strokes (compression stroke) is necessary to increase the thermal KPD engine. The final compression pressure in diesel engines is 30-40 kg / cm 2 , the temperature reaches 800-900K. However, even under these conditions, some time is required in the cylinder for self-ignition of the fuel.
Процесс воспламенения и горения в цилиндре двигателя можно разграничить на четыре фазы.The process of ignition and combustion in the engine cylinder can be distinguished into four phases.
Первая фаза горения - период задержки воспламенения - определяется углом поворота коленчатого вала от начала впрыскивания до момента, когда давление в цилиндре в результате выделения теплоты превышает давление при сжатии воздуха без впрыскивания топлива. В продолжительность периода задержки воспламенения входит время, необходимое для распада струи впрыскиваемого жидкого топлива на частицы, перемещения частиц в объеме камеры сгорания, нагрева, частичного испарения и перемешивания паров топлива с воздухом, а также время протекания предпламенных химических реакций.The first phase of combustion - the ignition delay period - is determined by the angle of rotation of the crankshaft from the beginning of injection to the moment when the pressure in the cylinder as a result of heat generation exceeds the pressure when the air is compressed without fuel injection. The duration of the ignition delay period includes the time required to disintegrate the jet of injected liquid fuel into particles, move the particles in the volume of the combustion chamber, heat, partially evaporate and mix the fuel vapor with air, as well as the duration of the pre-flame chemical reactions.
Вторая фаза - фаза быстрого горения - начинается с момента воспламенения и продолжается до достижения максимума давления. При этом происходит быстрое тепловыделение и нарастание давления. В результате объемного многоочагового воспламенения топлива в цилиндре развивается высокое давление.The second phase - the rapid burning phase - begins from the moment of ignition and continues until the maximum pressure is reached. In this case, rapid heat release and pressure increase. As a result of volumetric multifocal ignition of fuel, high pressure develops in the cylinder.
Третья фаза - горение при интенсивном смешивании воздуха с топливом - начинается в момент достижения максимального давления и завершается в момент максимума температуры цикла. В третьей фазе топливо подается в пламя. Период задержки воспламенения впрыскиваемой порции топлива сравнительно невелик. Горение развивается при увеличивающемся объеме рабочего тела. Давление в цилиндре падает медленно.The third phase - burning with intensive mixing of air with fuel - begins when the maximum pressure is reached and ends when the maximum temperature of the cycle. In the third phase, fuel is fed into the flame. The ignition delay period of the injected portion of the fuel is relatively small. Burning develops with an increasing volume of the working fluid. The pressure in the cylinder drops slowly.
Четвертая фаза - догорание - начинается с момента достижения максимальной температуры цикла до окончания тепловыделения. В этой фазе взаимное столкновение частиц топлива и окислителя затруднено. В заряде содержится сажа, образовавшаяся в течение первых двух фаз сгорания [1].The fourth phase - afterburning - begins from the moment the maximum temperature of the cycle is reached until the end of the heat release. In this phase, the mutual collision of the fuel particles and the oxidizing agent is difficult. The charge contains soot formed during the first two phases of combustion [1].
В современных поршневых двигателях при сравнительно высокой их экономичности в полезную работу преобразуется только небольшая часть тепловой энергии, содержащейся в расходуемом им топливе, всего 25-40%. В реальных двигателях большая часть тепла теряется с отработавшими газами, с охлаждающей жидкостью (или воздухом), а также вследствие теплообмена с окружающей средой и от неполноты сгорания топлива. Опыты, проводившиеся с целью определения теплового баланса двигателей, т.е. общего распределения тепла, вводимого в цилиндры с топливом, позволили установить, что основные тепловые потери складываются из тепла, уносимого с отработавшими газами (30-40%) и с охлаждающей жидкостью (25-35%) [2].In modern piston engines with a relatively high efficiency, only a small part of the thermal energy contained in the fuel consumed by them is converted to useful work, only 25-40%. In real engines, most of the heat is lost with exhaust gases, with coolant (or air), as well as due to heat exchange with the environment and from incomplete combustion of fuel. Experiments conducted to determine the heat balance of engines, i.e. the total distribution of heat introduced into the cylinders with fuel made it possible to establish that the main heat losses are composed of heat carried away with exhaust gases (30–40%) and with coolant (25–35%) [2].
Проблемы, связанные с потерей тепла, уносимого с отработавшими газами, теплообменом с окружающей средой и неполнотой сгорания топлива в четырехтактном двигателе, существенны и очевидны.The problems associated with the loss of heat carried away with exhaust gases, heat exchange with the environment and incomplete combustion of fuel in a four-stroke engine are significant and obvious.
1. При нахождении поршня в цилиндре в верхней мертвой точке между головкой цилиндра и поршнем есть объем камеры сжатия, она же камера сгорания. Этот объем, безусловно полезный в четырехтактном двигателе, в котором и сжатие, и расширение происходят последовательно в одном цилиндре - нет вредного влияния надпоршневого объема компрессорного цикла в верхней мертвой точке, поскольку в этом же объеме рабочее тело идет в работу расширения после подвода теплоты. Это главный признак, благодаря которому двигатели внутреннего сгорания, реализующие четырехтактный цикл, удерживают свои позиции столь продолжительное время. Однако объем камеры сгорания в такте расширения является объемом вредного пространства, так как эта полость неизменяемого объема. Наличие этого объема не позволяет в такте расширения полнее использовать энергию рабочего тела, а после такта выпуска в этой полости находятся не вытесненные остаточные газы, которые, смешиваясь с очередной порцией воздуха, уменьшают процентное содержание кислорода этого заряда. Если воздух сжимать в компрессорном цилиндре и расширять сгорающие газы в расширительном цилиндре, объединив цилиндры перепускным каналом, стало бы возможным предварительное сжатие рабочего тела осуществлять в изменяемом объеме расширительного цилиндра, в камере сжатия, которая образована в цилиндре перекрытием впускного клапана на такте расширения, при этом сжатый воздух должен находиться в перепускном канале, а надпоршневой объем вредного пространства в верхней мертвой точке должен быть уменьшен, насколько это возможно.1. When the piston is in the cylinder at top dead center between the cylinder head and the piston, there is the volume of the compression chamber, which is also the combustion chamber. This volume is certainly useful in a four-stroke engine, in which compression and expansion occur sequentially in one cylinder - there is no harmful effect of the over-piston volume of the compressor cycle at top dead center, since in this volume the working fluid goes into expansion work after applying heat. This is the main feature due to which the internal combustion engines that implement the four-cycle cycle, hold their ground for such a long time. However, the volume of the combustion chamber in the expansion stroke is the volume of harmful space, since this cavity is an unchanged volume. The presence of this volume does not allow the full use of the energy of the working fluid in the expansion stroke, and after the exhaust stroke in this cavity there are not displaced residual gases, which, when mixed with another portion of air, reduce the percentage of oxygen of this charge. If air is compressed in the compressor cylinder and the combustible gases in the expansion cylinder are expanded, by combining the cylinders with a bypass channel, it would be possible to pre-compress the working fluid in the variable volume of the expansion cylinder, in the compression chamber, which is formed in the cylinder by closing the intake valve on the expansion stroke, while compressed air should be in the bypass channel, and the supra-piston volume of harmful space at top dead center should be reduced as much as possible.
2. С наибольшей эффективностью топливо сгорает, если меры к воспламенению его в цилиндре предпринимаются до прихода поршня в В.М.Т. с опережением на 20-30°. Если воздух сжимать в компрессорном цилиндре и расширять сгорающие газы в расширительном цилиндре, объединив их перепускным каналом, стало бы возможным меры к воспламенению топлива в цилиндре предпринять заблаговременно, вне цилиндра расширения, в перепускном канале, при закрытом впускном клапане, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, при этом возникает возможность осуществлять подвод теплоты и рабочий ход поршня от В.М.Т. до прекращения подачи топлива в цилиндр, в третьей фазе горения по выше описанной градации - топливо подается в пламя, горение происходит при интенсивном смешивании воздуха с топливом и развивается в увеличивающемся объеме рабочего тела.2. The fuel burns out with the greatest efficiency if measures to ignite it in the cylinder are taken before the piston arrives at V.M.T. ahead of 20-30 °. If air was compressed in the compressor cylinder and the combustible gases expanded in the expansion cylinder by combining them with a bypass channel, it would be possible to take measures to ignite the fuel in the cylinder in advance, outside the expansion cylinder, in the bypass channel, with the intake valve closed, before the piston enters the upper dead point, while this makes it possible to supply heat and the piston stroke from V.M.T. until the fuel supply to the cylinder is stopped, in the third phase of combustion according to the gradation described above - fuel is fed into the flame, combustion occurs with intensive mixing of air with fuel and develops in an increasing volume of the working fluid.
3. В дизеле при высокой степени сжатия, в результате объемного, многоочагового воспламенения, сгорание топлива в малом объеме сопровождается значительным повышением давления в начале рабочего хода поршня, а детали кривошипно-шатунного механизма испытывают большие нагрузки, что влечет необходимость значительного увеличения массы нагруженных деталей для прочности и ограничение максимальных оборотов коленчатого вала. Если воздух сжимать в компрессорном цилиндре и расширять сгорающие газы в расширительном цилиндре, объединив их перепускным каналом, стало бы возможным выровнять давление в конце сжатия и в начале расширения, при этом процессы горения и расширения осуществлять при постоянной температуре на значительную часть рабочего хода поршня. Это позволит приблизить условия протекания термодинамических процессов к циклу Карно.3. In a diesel engine with a high degree of compression, as a result of volumetric, multi-focal ignition, combustion of fuel in a small volume is accompanied by a significant increase in pressure at the beginning of the piston stroke, and parts of the crank mechanism experience heavy loads, which entails the need for a significant increase in the mass of loaded parts for strength and limiting the maximum revolutions of the crankshaft. If air is compressed in the compressor cylinder and the combustible gases in the expansion cylinder are expanded by combining them with a bypass channel, it would be possible to equalize the pressure at the end of compression and at the beginning of expansion, while the combustion and expansion processes should be carried out at a constant temperature for a significant part of the piston stroke. This will allow us to bring the conditions of thermodynamic processes closer to the Carnot cycle.
4. В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, объемная степень сжатия и расширения одинакова, поскольку ход поршня охватывает один и тот же объем. Если рабочее тело расширять в цилиндре с объемом больше, чем объем цилиндра сжатия, то и работа, полученная от расширяющихся газов, будет больше.4. In engines operating on a four-stroke cycle, the volumetric degree of compression and expansion is the same, since the piston stroke covers the same volume. If the working fluid is expanded in a cylinder with a volume greater than the volume of the compression cylinder, then the work obtained from expanding gases will be larger.
5. В цилиндр дизеля в первом такте впускается атмосферный воздух. При впуске он омывает стенки цилиндра и поршня. При этом между воздухом, стенками цилиндра и поршня происходит теплообмен. Чем меньше температурная разница между этими стенками и окружающей средой, тем полнее порция воздуха, впускаемая в цилиндр, а стенки цилиндра и поршня в первом такте в лучшем случае должны иметь температуру окружающей среды. В третьем такте в этом же цилиндре происходит расширение продуктов сгорания при высокой температуре, и эти стенки также омываются, но продуктами сгорания уже при этой, высокой температуре. Для более производительной работы двигателя стенки цилиндра и поршня в третьем такте в лучшем случае должны иметь такую же высокую температуру. В четырехтактном двигателе стенки цилиндра имеют некую среднюю температуру, которая поддерживается в охлаждаемом цилиндре при работе двигателя. В пристеночном пространстве, в такте расширения, рабочее тело также охлаждается от стенок цилиндра. В результате этого охлаждения часть топливовоздушной смеси не успевает полностью сгореть в быстротекущих термодинамических процессах, в первую очередь, из пристеночного пространства цилиндра. Происходит загрязнение окружающей среды продуктами неполного сгорания топлива. Если всасывание и сжатие осуществлять в охлаждаемом цилиндре, а расширение и выпуск в неохлаждаемом, с теплосберегающими стенками цилиндра и поршня, то температурная разница между рабочим телом и стенками цилиндров и поршней в каждом цилиндре может быть сведена до минимума, а такты сжатия и расширения будут ближе к условиям, наиболее предпочтительным при осуществлении рабочих процессов двигателя.5. At the first stroke, atmospheric air is let into the diesel cylinder. At the inlet, it washes the walls of the cylinder and piston. In this case, heat exchange occurs between the air, the walls of the cylinder and the piston. The smaller the temperature difference between these walls and the environment, the fuller a portion of air is introduced into the cylinder, and the walls of the cylinder and piston in the first stroke should at best have an ambient temperature. In the third cycle, in the same cylinder, the combustion products expand at a high temperature, and these walls are also washed, but the combustion products already at this high temperature. For a more productive engine operation, the walls of the cylinder and piston in the third cycle should, at best, have the same high temperature. In a four-stroke engine, the cylinder walls have a certain average temperature, which is maintained in the cooled cylinder during engine operation. In the parietal space, in the expansion stroke, the working fluid is also cooled from the walls of the cylinder. As a result of this cooling, part of the air-fuel mixture does not have time to completely burn out in fast-moving thermodynamic processes, primarily from the wall space of the cylinder. There is environmental pollution by products of incomplete combustion of fuel. If the suction and compression is carried out in a cooled cylinder, and the expansion and release in an uncooled, with heat-saving walls of the cylinder and piston, then the temperature difference between the working fluid and the walls of the cylinders and pistons in each cylinder can be minimized, and the compression and expansion strokes will be closer to the conditions most preferred when carrying out engine workflows.
Таким образом очевидно, что эти противоречия в четырехтактном двигателе, в котором холодные и горячие термодинамические процессы происходят в одном цилиндре, невозможно преодолеть в принципе.Thus, it is obvious that these contradictions in a four-stroke engine, in which cold and hot thermodynamic processes occur in one cylinder, cannot be overcome in principle.
Это сравнительная оценка способа работы двигателя внутреннего сгорания, реализующего четырехтактный цикл, в котором процессы сжатия и расширения осуществляются в одном цилиндре за два оборота коленчатого вала; с возможностями другого способа работы двигателя внутреннего сгорания - по разделенному четырехтактному циклу, в котором процессы сжатия и расширения осуществляются в двух разных цилиндрах за один оборот коленчатого вала.This is a comparative assessment of the method of operation of an internal combustion engine that implements a four-cycle cycle, in which the processes of compression and expansion are carried out in one cylinder for two revolutions of the crankshaft; with the possibilities of another way of working the internal combustion engine - according to a divided four-cycle cycle in which the compression and expansion processes are carried out in two different cylinders for one revolution of the crankshaft.
В истории создания тепловых поршневых двигателей есть прецедент, когда понимание того, что холодные и горячие тепловые процессы должны происходить в разных цилиндрах или сосудах, почти на два столетия определило развитие паровых машин.There is a precedent in the history of the development of thermal piston engines when the understanding that cold and hot thermal processes should occur in different cylinders or vessels has determined the development of steam engines for almost two centuries.
В 1711 г. английский кузнец Томас Ньюкомен создал паровую машину. Предназначалась она для откачки воды, заливавшей угольные копи. Машина имела котел, цилиндр с поршнем. От поршня шла цепь к коромыслу, которое качалось на оси, закрепленной на столбе. Другой конец коромысла соединялся с насосом. Машинист открывал кран, и пар из котла устремлялся в цилиндр. Поршень поднимался, коромысло наклонялось. Затем закрывался паровой кран и открывался водяной. В цилиндр впрыскивалась холодная вода. Пар в цилиндре конденсировался, там возникал вакуум, и под давлением атмосферы поршень быстро шел вниз, тянул коромысло, а оно - поршень насоса. На шахтах и рудниках машина Ньюкомена со своей задачей справлялась. Однако она была очень неэкономичной. Лишь один процент топлива, брошенного в топку, использовался полезно [3].In 1711, the English blacksmith Thomas Newcomen created a steam engine. It was intended for pumping water that flooded coal mines. The machine had a boiler, a cylinder with a piston. A chain went from the piston to the rocker arm, which swung on an axis fixed to the post. The other end of the beam was connected to the pump. The engineer opened the crane, and steam from the boiler rushed into the cylinder. The piston rose, the rocker bent. Then the steam valve was closed and the water valve opened. Cold water was injected into the cylinder. The steam condensed in the cylinder, there was a vacuum, and under the pressure of the atmosphere the piston quickly went down, pulled the rocker, and it was the pump piston. At the mines and mines, Newcomen's machine coped with its task. However, it was very uneconomical. Only one percent of the fuel thrown into the furnace was used efficiently [3].
В 1765 году Джеймс Уатт, изготовив макет машины Ньюкомена по заказу университета и проводя на нем опыты, понял, что основной причиной ее низкой экономичности является охлаждение расширяющегося пара стенками цилиндра. И Уатт решает вынести процесс конденсации за пределы цилиндра. Это был шаг, завершивший формирование рабочего цикла паровой машины. Вот как писал об этом впоследствии сам Уатт: «…После того как я всячески обдумал вопрос, я пришел к твердому заключению, что, для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда горяч, как и входящий в него пар; но, с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна была происходить при температуре не выше 30°». Поняв, что процесс охлаждения пара следует вынести за пределы цилиндра, Уатт берет свой первый патент на паровую машину.In 1765, James Watt, having made a model of the Newcomen machine by order of the university and conducting experiments on it, realized that the main reason for its low efficiency was the cooling of the expanding steam by the walls of the cylinder. And Watt decides to take the condensation process out of the cylinder. It was a step that completed the formation of the working cycle of a steam engine. Here is what Watt himself later wrote about this: “... After I thought through the matter in every way, I came to the firm conclusion that in order to make a perfect steam engine, it was necessary that the cylinder was always hot, as well as the steam entering it; but, on the other hand, the condensation of the vapor to form a vacuum should have occurred at a temperature not exceeding 30 °. " Realizing that the process of cooling the steam should be moved outside the cylinder, Watt takes his first patent for a steam engine.
Практическое развитие двигателей внутреннего сгорания с применением предварительного сжатия идет, возможно, таким же путем.The practical development of internal combustion engines using precompression probably goes the same way.
Первым был создан двигатель внутреннего сгорания, в котором сжатие и расширение (холодные и горячие тепловые процессы) происходят в одном цилиндре за два оборота коленчатого вала. Это двигатель внутреннего сгорания, реализующий четырехтактный цикл. Его создал в семидесятых годах девятнадцатого века Николаус Отто. Именно ему в содружестве с Эйгеном Лангеном удалось разработать такой двигатель, который и теперь, более чем через сто лет, занимает главенствующие позиции во многих сферах.The first to create an internal combustion engine in which compression and expansion (cold and hot thermal processes) occur in one cylinder for two revolutions of the crankshaft. This is an internal combustion engine that implements a four-stroke cycle. It was created in the seventies of the nineteenth century by Nikolaus Otto. It was he, in collaboration with Eigen Langen, who managed to develop such an engine, which now, after more than a hundred years, occupies a leading position in many areas.
Двигатели на легком топливе и дизели прочно занимают эти позиции практически единственного вида силовой установки для наземного транспорта и составляют существенную долю среди силовых установок водного транспорта. Конечно, современные Д.В.С. конструктивно отличаются от самых первых образцов, но принципы преобразования теплоты в работу остались неизменными.Light fuel engines and diesel engines firmly occupy these positions of almost the only type of power plant for land transport and make up a significant share among the power plants of water transport. Of course, modern D.V.S. structurally different from the very first samples, but the principles of converting heat into work remained unchanged.
Идея практического осуществления двигателя внутреннего сгорания, в котором сжатие рабочего тела и расширение продуктов сгорания происходят в разных цилиндрах, появилась значительно раньше четырехтактного цикла. В 1801 году француз Филипп Лебон берет патент, содержащий описание двигателя на светильном газе. Лебон считал, что светильногазовый двигатель должен быть устроен так же, как и паровая машина, но вместо котла следовало придумать устройство для получения смеси продуктов сгорания светильного газа с воздухом и подачи их в машину под давлением. По современной терминологии это был двигатель, работающий по разделенному циклу, то есть с использованием разных цилиндров для сжатия рабочего тела и для расширения продуктов сгорания. Лебон предлагал сжимать светильный газ и воздух отдельными насосами и смешивать их в специальной камере. Затем смесь подавать в рабочий цилиндр, где воспламенялась и расширялась. Но Лебон не пытался построить свой двигатель. Идеи Лебона не получили должного развития по той причине, что они опередили свое время.The idea of practical implementation of the internal combustion engine, in which the compression of the working fluid and the expansion of the combustion products occur in different cylinders, appeared much earlier than the four-stroke cycle. In 1801, Frenchman Philippe Lebon took a patent containing a description of a gas engine. Lebon believed that the light-gas engine should be arranged in the same way as the steam engine, but instead of the boiler, a device should be invented to obtain a mixture of products of combustion of light gas with air and supply them to the machine under pressure. According to modern terminology, it was an engine operating in a divided cycle, that is, using different cylinders to compress the working fluid and to expand the combustion products. Lebon suggested compressing the light gas and air with separate pumps and mixing them in a special chamber. Then the mixture is fed into the working cylinder, where it ignited and expanded. But Lebon did not try to build his engine. Lebon's ideas did not receive proper development for the reason that they were ahead of their time.
Сади Карно в своей книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», опубликованной в 1824 году, пишет, комментируя изобретение Ньепсов: «Нам казалось бы более выгодным действовать не как Ньепсы, а сперва сжать воздух насосом, затем пропустить его через вполне замкнутую топку, вводя туда малыми порциями топливо при помощи приспособления, легко осуществляемого; затем заставить воздух выполнить работу в цилиндре с поршнем или в любом другом расширяющемся сосуде и затем выбросить в атмосферу…». В этих размышлениях прослеживается в общих чертах именно разделенный четырехтактный цикл, в котором процессы сжатия и расширения происходят в двух разных цилиндрах, сообщенных перепускным каналом, однако практическое осуществление этого цикла осталась не реализованным [4].Sadi Carnot, in his book Reflections on the Driving Force of Fire and Machines That Can Develop This Power, published in 1824, writes, commenting on the Nieppes invention: “It would seem more profitable for us to act not like Nieppes, but first to compress the air with a pump, then pass it through a completely enclosed firebox, introducing fuel into small portions with the help of a device that is easily carried out; then force the air to do work in a cylinder with a piston or in any other expanding vessel and then throw it into the atmosphere ... ” In these reflections, a broadly divided four-cycle cycle can be traced in general, in which the compression and expansion processes occur in two different cylinders communicated by the bypass channel, however, the practical implementation of this cycle has remained unrealized [4].
Известен Д.В.С., содержащий по меньшей мере два цилиндра и размещенные внутри каждого цилиндра поршни с возможностью перемещения от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки, связанные шатунами с осями кривошипов коленчатого вала, находящихся в близкорасположенном угловом смещении друг от друга. Первый цилиндр служит компрессором и сообщен через впускной управляемый клапан с воздуховпускным трактом и через нагнетательный управляемый клапан с перепускным каналом, а второй - большего объема, расширительный цилиндр, сообщен через впускной управляемый клапан с перепускным каналом и через выпускной управляемый клапан с выхлопной магистралью. Все клапаны управляемы кулачками, прикрепленными к коленчатому валу и вращающимися со скоростью этого вала. Цилиндрическая часть неохлаждаемой головки расширительного цилиндра (тепловой цилиндр) соединена с охлаждаемым цилиндром через теплоизолирующую прокладку. Поршень расширительного цилиндра снабжен барабанообразной фальшь-головкой (вытеснителем), заполненной теплоизолирующим материалом. Осевая длина теплового цилиндра и вытеснителя в лучшем случае может быть почти равной ходу поршня. В головке расширительного цилиндра установлена форсунка.It is known to D.V.S., containing at least two cylinders and pistons located inside each cylinder that can be moved from the bottom dead center to the top dead center, connected by connecting rods to the crankshaft cranks, located at a close angular offset from each other. The first cylinder serves as a compressor and is communicated through an inlet controlled valve with an air inlet and through a discharge controlled valve with a bypass channel, and a second one of a larger volume, an expansion cylinder, is communicated through an inlet controlled valve with a bypass channel and through an outlet controlled valve with an exhaust manifold. All valves are controlled by cams attached to the crankshaft and rotating at the speed of this shaft. The cylindrical part of the uncooled head of the expansion cylinder (thermal cylinder) is connected to the cooled cylinder through a heat-insulating gasket. The piston of the expansion cylinder is equipped with a drum-shaped false head (displacer) filled with heat insulating material. The axial length of the heat cylinder and displacer can at best be almost equal to the stroke of the piston. A nozzle is installed in the head of the expansion cylinder.
Двигатель внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу (по версии автора), в котором все процессы происходят в двух цилиндрах за один оборот коленчатого вала - всасывание и сжатие воздуха осуществляют в цилиндре компрессора, а сгорание, расширение и выпуск продуктов сгорания происходят в расширительном цилиндре, сообщенном с цилиндром компрессора перепускным каналом. Синхронизация двух перепускных клапанов (нагнетательного клапана компрессора и впускного клапана расширительного цилиндра) такова, что сжатый воздух в перепускном канале остается преимущественно с постоянным давлением. Когда впускной клапан расширительного цилиндра закрывается, порция топлива впрыскивается через распылитель форсунки и соединяется с воздухом, достаточно нагретым, чтобы вызвать воспламенение таким же образом, как в дизельном двигателе. Выпуск продуктов сгорания из расширительного цилиндра происходит через выхлопную магистраль, охватывающую собой перепускной канал, противотоком подогревая сжатый воздух, используя высокую температуру выхлопных газов.The internal combustion engine operates on a four-cycle cycle (according to the author), in which all processes occur in two cylinders for one revolution of the crankshaft - air is sucked and compressed in the compressor cylinder, and combustion, expansion and exhaust of the combustion products occur in the expansion cylinder with compressor cylinder bypass. The synchronization of the two bypass valves (compressor discharge valve and the inlet valve of the expansion cylinder) is such that the compressed air in the bypass channel remains predominantly with constant pressure. When the inlet valve of the expansion cylinder closes, a portion of the fuel is injected through the nozzle atomizer and connected to the air heated enough to cause ignition in the same way as in a diesel engine. The release of combustion products from the expansion cylinder takes place through the exhaust line, which encompasses the bypass channel, heating the compressed air countercurrently using the high temperature of the exhaust gases.
В известном двигателе расширение происходит в цилиндре с объемом больше, чем объем цилиндра сжатия, таким образом увеличивая степень расширения рабочего тела в цилиндре.In a known engine, expansion occurs in a cylinder with a volume greater than the volume of the compression cylinder, thereby increasing the degree of expansion of the working fluid in the cylinder.
В этом двигателе стенки расширительного цилиндра неохлаждаемые, а вытеснитель поршня теплоизолированный. Благодаря тепловому цилиндру и вытеснителю, установленному на поршне, рабочий объем расширительного цилиндра перенесен из охлаждаемой части цилиндра в неохлаждаемую часть цилиндра. Осуществление тактов всасывания и сжатия в охлаждаемом компрессорном цилиндре способствует увеличению наполнения этого цилиндра воздухом, а тактов расширения и выпуска продуктов сгорания в неохлаждаемом расширительном цилиндре - снижению тепловых потерь в период такта расширения. Таким образом, процессы сжатия и расширения приближены к условиям, наиболее предпочтительным при осуществлении этих процессов.In this engine, the walls of the expansion cylinder are uncooled, and the piston displacer is thermally insulated. Due to the heat cylinder and the displacer mounted on the piston, the working volume of the expansion cylinder is transferred from the cooled part of the cylinder to the uncooled part of the cylinder. The implementation of the suction and compression cycles in the cooled compressor cylinder increases the filling of this cylinder with air, and the expansion and exhaust cycles of the combustion products in the uncooled expansion cylinder reduce heat losses during the expansion cycle. Thus, the compression and expansion processes are close to the conditions most preferable in the implementation of these processes.
Однако нагревание неохлаждаемого цилиндра расширяющимися продуктами сгорания может повлиять на структуру металла, из которого изготовлен цилиндр, и ухудшить его несущие свойства от воздействия высокой температуры и давления расширяющихся газов.However, heating an uncooled cylinder with expanding combustion products can affect the structure of the metal the cylinder is made of and worsen its load-bearing properties from exposure to high temperature and pressure of expanding gases.
При осуществлении сжатия и расширения в разных цилиндрах возникает проблема объемов вредного пространства в цилиндре компрессора. Сжатый воздух, находящийся в зазорах надпоршневого и подклапанного пространства при нахождении поршня компрессора в верхней мертвой точке, не вытесняется за нагнетательный клапан, а расширяется в цилиндре в такте всасывания до атмосферного давления, а процесс всасывания начинается, когда давление в цилиндре будет меньше атмосферного, таким образом существенно уменьшается наполнение цилиндра очередной порцией воздуха, и чем больше давление нагнетания, тем меньше воздуха вытесняется за нагнетательный клапан.When compressing and expanding in different cylinders, the problem of volumes of harmful space in the compressor cylinder arises. Compressed air located in the gaps of the over-piston and sub-valve space when the compressor piston is at top dead center is not forced out by the discharge valve, but expands in the cylinder in the suction stroke to atmospheric pressure, and the suction process begins when the pressure in the cylinder is less than atmospheric pressure, such In this way, the filling of the cylinder with the next portion of air is significantly reduced, and the higher the discharge pressure, the less air is forced out by the discharge valve.
В классических четырехтактных двигателях сжатие и расширение происходят последовательно в одном цилиндре, поэтому рабочее тело идет в работу расширения полностью после подвода теплоты. В них нет вредного влияния надпоршневых объемов компрессорного цикла в верхней мертвой точке. В рассматриваемом аналоге процессы сжатия и расширения происходят в двух разных цилиндрах. От возможности поршня компрессора достаточно полно вытеснять сжатое рабочее тело из цилиндра в перепускной канал при высоком давлении в значительной степени зависит эффективность этого двигателя.In classic four-stroke engines, compression and expansion occur sequentially in one cylinder, so the working fluid goes into the expansion work completely after applying heat. They have no harmful effect of the over-piston volumes of the compressor cycle at top dead center. In the analogue under consideration, the compression and expansion processes occur in two different cylinders. The efficiency of this engine depends to a large extent on the ability of the compressor piston to completely displace the compressed working fluid from the cylinder into the bypass channel at high pressure.
В тексте описания есть несколько вариантов исполнения двигателя. Наиболее близкий из вариантов, аналог, описанный выше. Для сравнения и оценки эффективности необходимо отметить первый - базовый вариант. Он отличается от этого аналога тем, что имеет три клапана - два клапана компрессора - впускной и нагнетательный, и выпускной клапан расширительного цилиндра. Объем перепускного канала служит камерой сжатия, ее объем меньше объема цилиндра компрессора на величину степени сжатия.In the text of the description there are several engine designs. The closest of the options, the analogue described above. For comparison and performance evaluation, it is necessary to note the first - the basic option. It differs from this analogue in that it has three valves - two compressor valves - inlet and discharge, and the exhaust valve of the expansion cylinder. The volume of the bypass channel serves as a compression chamber, its volume is less than the volume of the compressor cylinder by the amount of compression.
Во всех вариантах двигателя для уменьшения влияния надпоршневого и подклапанных объемов вредного пространства компрессора служит признак «углового смещения осей кривошипов», расположенных на коленчатом валу под углом на близком расстоянии друг от друга, то есть поршень расширительного цилиндра проходит В.М.Т. раньше поршня компрессора на величину углового смещения осей кривошипов, используемый автором в качестве устройства для уменьшения вредного влияния надпоршневого и подклапанных объемов в верхней мертвой точке в цилиндре компрессора. Этот признак может быть эффективным в базовом трехклапанном двигателе. В этом исполнении одна порция воздуха или горючей смеси сжимается, вытесняется в перепускной канал и расширительный цилиндр и идет в работу расширения после подвода теплоты. Опережение прохождения верхней мертвой точки поршнем расширительного цилиндра относительно сжимающего поршня способствует понижению давления нагнетания при подходе поршня компрессора к верхней мертвой точке. Увеличивающийся объем расширительного цилиндра позволяет вытеснять эту одну порцию воздуха из цилиндра компрессора несколько полнее, тем самым может влиять на увеличение наполнения цилиндра компрессора очередной порцией воздуха. В четырехклапанном исполнении двигателя объем перепускного канала может быть больше объема цилиндра компрессора в несколько раз в связи с его использованием в качестве теплообменника. Объем перепускного канала уже не может быть камерой сжатия для одной порции воздуха. В тексте описания есть утверждение, что синхронизация двух перепускных клапанов такова, что сжатый воздух в перепускном канале остается преимущественно с постоянным давлением. То есть перепускной канал служит не только для перепуска воздуха из цилиндра компрессора в расширительный цилиндр, но и для хранения сжатого воздуха перед подачей в этот цилиндр. Я согласен с автором, что сжатый воздух в перепускном канале должен оставаться преимущественно с постоянным давлением. Но тогда давление воздуха в перепускном канале будет оказывать одинаковое сопротивление вытеснению сжатого воздуха из цилиндра компрессора при любом угловом соотношении осей кривошипов, а признак «углового смещения осей кривошипов» в качестве устройства для уменьшения вредного влияния надпоршневого и подклапанных объемов в верхней мертвой точке в цилиндре компрессора становится бесполезным в этом варианте двигателя. Далее в тексте утверждается, что «когда впускной клапан расширительного цилиндра закрывается, порция топлива впрыскивается через распылитель форсунки и соединяется с воздухом, достаточно нагретым, чтобы вызвать воспламенение таким же образом, как в дизельном двигателе.» Но в этом аналоге впускной клапан закрывается в такте расширения, после прохождения поршнем расширительного цилиндра верхней мертвой точки, и только тогда впрыскивается топливо. Как известно, для самовоспламенения топлива или воспламенения искровым или калильным способом требуется некоторое время. В продолжительность периода задержки воспламенения входит время, необходимое для распада струи впрыскиваемого жидкого топлива на частицы, перемещения частиц в объеме камеры сгорания, нагрева, частичного испарения и перемешивания паров топлива с воздухом, а также время протекания предпламенных химических реакций, поэтому с наибольшей эффективностью топливо может сгорать, если меры к воспламенению его в цилиндре предпринимаются до прихода поршня в верхнюю мертвую точку с опережением 20-30°. В этом двигателе подача топлива и период задержки воспламенения совпадают с процессом расширения, то есть очень позднее воспламенение топлива, позднее настолько, что сжатый и подогретый воздух в этот период охлаждается от расширения, что также может увеличить период задержки воспламенения, а меры к воспламенению топлива в цилиндре заблаговременно, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, не предприняты, чтобы начать расширение рабочего тела от верхней мертвой точки с подводом теплоты сгоранием внутри расширительного цилиндра [5].In all engine variants, to reduce the influence of the over-piston and sub-valve volumes of the compressor’s harmful space, there is a sign of “angular displacement of the crank axes” located on the crankshaft at an angle close to each other, that is, the piston of the expansion cylinder passes V.M.T. earlier than the compressor piston by the value of the angular displacement of the axes of the cranks, used by the author as a device to reduce the harmful effects of supra-piston and subvalvular volumes at top dead center in the compressor cylinder. This feature may be effective in a basic three-valve engine. In this design, one portion of air or a combustible mixture is compressed, displaced into the bypass channel and the expansion cylinder, and goes into expansion work after heat has been supplied. Ahead of the passage of the top dead center by the piston of the expansion cylinder relative to the compression piston helps to reduce the discharge pressure when the compressor piston approaches the top dead center. The increasing volume of the expansion cylinder makes it possible to displace this single portion of air from the compressor cylinder somewhat more fully, thereby can affect the increase in the filling of the compressor cylinder with the next portion of air. In the four-valve version of the engine, the volume of the bypass channel can be several times larger than the volume of the compressor cylinder in connection with its use as a heat exchanger. The volume of the bypass channel can no longer be a compression chamber for one portion of air. In the text of the description there is a statement that the synchronization of the two bypass valves is such that the compressed air in the bypass channel remains mainly with a constant pressure. That is, the bypass channel serves not only to transfer air from the compressor cylinder to the expansion cylinder, but also to store compressed air before being fed into this cylinder. I agree with the author that the compressed air in the bypass should remain predominantly with constant pressure. But then the air pressure in the bypass channel will have the same resistance to the displacement of compressed air from the compressor cylinder at any angular ratio of the crank axes, and the sign of “angular displacement of the crank axes” as a device to reduce the harmful effects of the over-piston and subvalve volumes in the top dead center in the compressor cylinder becomes useless in this version of the engine. The text further states that “when the inlet valve of the expansion cylinder closes, a portion of the fuel is injected through the nozzle atomizer and connected to the air heated enough to cause ignition in the same way as in a diesel engine.” But in this analogue, the inlet valve closes in tact expansion, after the piston passes the expansion cylinder top dead center, and only then fuel is injected. As you know, for self-ignition of fuel or ignition by spark or incandescent method takes some time. The duration of the ignition delay period includes the time required for the jet of injected liquid fuel to disintegrate into particles, move the particles in the volume of the combustion chamber, heat, partially evaporate and mix the fuel vapor with air, as well as the duration of the pre-flame chemical reactions, so the fuel can be most efficient burn if measures to ignite it in the cylinder are taken before the piston arrives at top dead center ahead of 20-30 °. In this engine, the fuel supply and the ignition delay period coincide with the expansion process, that is, the fuel ignition is very late, later so that the compressed and heated air during this period is cooled from expansion, which can also increase the ignition delay period, and the measures to ignite the fuel in the cylinder in advance, before the piston arrives at the top dead center, have not been taken to begin the expansion of the working fluid from the top dead center with the supply of heat by combustion inside the expansion cylinder [5].
Таким образом, этот двигатель не может быть эффективным:Therefore, this engine cannot be efficient:
1. Компрессор не имеет устройства для уменьшения влияния вредного пространства в надпоршневом и подклапанных зазорах в В.М.Т. при вытеснении сжатого воздуха из цилиндра компрессора при высоком давлении.1. The compressor does not have a device to reduce the influence of harmful space in the above-piston and sub-valve clearances in V.M.T. when displacing compressed air from the compressor cylinder at high pressure.
2. В этом двигателе не предприняты меры к воспламенению топлива в расширительном цилиндре заблаговременно настолько, чтобы начать расширение рабочего тела от верхней мертвой точки с подводом теплоты сгоранием внутри расширительного цилиндра.2. In this engine, no measures have been taken to ignite the fuel in the expansion cylinder well in advance so as to begin the expansion of the working fluid from top dead center with the supply of heat by combustion inside the expansion cylinder.
Известен тепловой поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере две пары цилиндров и размещенные внутри каждого цилиндра поршни с возможностью перемещения от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки, связанные шатунами с общим коленчатым валом. Первая пара цилиндров служит компрессором и сообщена через впускные управляемые клапаны с воздуховпускным трактом и через нагнетательные автоматические клапаны с перепускным каналом и теплообменником, размещенным в подогревателе. Цилиндры компрессора дополнительно снабжены каналом, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами, установленными в стыке канала с каждым цилиндром, и снабженным приводом с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов в момент нахождения поршней одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке. Вторая пара - расширительные цилиндры, большего объема, сообщена через впускные управляемые клапаны с впускным каналом и теплообменником и через выпускные клапаны с подогревателем и выхлопной магистралью.Known thermal piston engine containing at least two pairs of cylinders and placed inside each cylinder pistons with the ability to move from bottom dead center to top dead center, connected by connecting rods to a common crankshaft. The first pair of cylinders serves as a compressor and is communicated through inlet controlled valves with an air inlet path and through discharge automatic valves with a bypass channel and a heat exchanger located in the heater. The compressor cylinders are additionally equipped with a channel connecting both cylinders and controlled by-pass valves installed in the channel junction with each cylinder and equipped with a drive to open each of the controlled valves when one piston is at top dead center and the other at bottom dead center. The second pair - expansion cylinders, of a larger volume, are communicated through inlet controlled valves with an inlet channel and a heat exchanger and through exhaust valves with a heater and an exhaust manifold.
Тепловой поршневой двигатель работает следующим образом: вращая коленчатый вал, поршни компрессора вытесняют воздух через автоматические нагнетательные клапаны в перепускной канал и теплообменник. Кулачки газораспределительного вала открывают впускные клапаны расширительных цилиндров поочередно в верхней мертвой точке в начале движения поршней к нижней мертвой точке, впускают воздух в цилиндры до объема, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров меньше объема одного из первой пары цилиндров на величину степени сжатия, и перекрывают впускные клапаны, образуя камеры сжатия. При вращении коленчатого вала без подвода теплоты давление в перепускном канале, теплообменнике, впускном канале и в расширительных цилиндрах до момента перекрытия впускных клапанов с каждым оборотом коленчатого вала увеличивается, и после нескольких оборотов давление устанавливается постоянным и соответствует степени сжатия. При подводе теплоты сжатый воздух в теплообменнике нагревается и давление в перепускном канале, теплообменнике и впускном канале увеличивается. Впускные клапаны расширительных цилиндров поочередно открываются в верхней мертвой точке, и совершается рабочий ход поршней при постоянных температуре и давлении до момента перекрытия впускных клапанов. Далее расширение происходит без подвода теплоты до конца рабочего хода. После расширения воздух выпускают через выпускные клапаны в подогреватель для поддержания горения горячим воздухом и далее через выхлопную магистраль в атмосферу.A thermal piston engine operates as follows: by rotating the crankshaft, the pistons of the compressor displace air through automatic pressure valves into the bypass channel and the heat exchanger. The camshaft cams open the inlet valves of the expansion cylinders alternately at the top dead center at the start of the piston's movement to the bottom dead center, let air into the cylinders to the volume when the supra-piston cavity of each of the second pair of cylinders is less than the volume of one of the first pair of cylinders by the amount of compression, and block the inlet valves, forming compression chambers. When the crankshaft rotates without heat supply, the pressure in the bypass channel, heat exchanger, inlet channel and expansion cylinders increases until the intake valves overlap with each revolution of the crankshaft, and after several revolutions the pressure is set constant and corresponds to the compression ratio. When heat is supplied, the compressed air in the heat exchanger is heated and the pressure in the bypass channel, heat exchanger and inlet channel increases. The inlet valves of the expansion cylinders alternately open at top dead center, and the pistons travel at constant temperature and pressure until the inlet valves overlap. Further expansion takes place without supplying heat to the end of the stroke. After expansion, air is discharged through exhaust valves into the heater to maintain combustion with hot air and then through the exhaust line to the atmosphere.
В известном двигателе холодные такты - всасывание и сжатие рабочего тела - осуществляют в цилиндрах компрессора, а горячие такты - расширение и выпуск в другой паре цилиндров, таким образом, способствуют улучшению протекания термодинамических процессов.In the known engine, cold strokes — suction and compression of the working fluid — are carried out in the compressor cylinders, and hot strokes — expansion and release in another pair of cylinders, thus contributing to an improvement in the flow of thermodynamic processes.
В этом двигателе расширение происходит в цилиндрах с объемом больше, чем объем цилиндров компрессора, тем самым увеличивают степень расширения рабочего тела.In this engine, expansion occurs in cylinders with a volume greater than the volume of the compressor cylinders, thereby increasing the degree of expansion of the working fluid.
Компрессор двигателя снабжен устройством для уменьшения влияния вредного пространства в надпоршневых и подклапанных зазорах в В.М.Т. при вытеснении сжатого воздуха из цилиндров компрессора при высоком давлении.The engine compressor is equipped with a device to reduce the influence of harmful space in the over-piston and sub-valve clearances in V.M.T. when displacing compressed air from the compressor cylinders at high pressure.
В этом двигателе предварительное сжатие рабочего тела осуществляют в изменяемом объеме расширительных цилиндров, в камерах сжатия, которые образованы перекрытием впускных клапанов на такте расширения. Рабочее тело в этих цилиндрах, до момента перекрытия клапанов, расширяется при преимущественно постоянных температуре и давлении.In this engine, the pre-compression of the working fluid is carried out in the variable volume of the expansion cylinders, in the compression chambers, which are formed by overlapping the intake valves on the expansion stroke. The working fluid in these cylinders, until the valves overlap, expands at a predominantly constant temperature and pressure.
В двигателе перекрывают выпускные клапаны расширительных цилиндров на такте выхлопа, это приводит к затрате работы на сжатие рабочего тела, но эти затраты компенсированы тем, что полнее использована энергия очередной порции рабочего тела [6; 7; 8].In the engine, the exhaust valves of the expansion cylinders are blocked at the exhaust stroke, this leads to the cost of the work to compress the working fluid, but these costs are compensated by the fact that the energy of the next portion of the working fluid is more fully used [6; 7; 8].
Однако этот двигатель может иметь ограниченное применение на транспорте и в стационарных силовых установках. Это двигатель с внешним подводом теплоты. Внешний подвод теплоты не позволяет достаточно полно использовать возможности этого двигателя. Перекрытием впускных клапанов прекращается подвод теплоты к расширяющемуся рабочему телу, так как рабочее тело нагревается в теплообменнике до впускных клапанов вне цилиндров, но чем выше степень сжатия, тем раньше перекрывают впускные клапаны, тем меньший путь от верхней мертвой точки пройдут поршни в цилиндрах с расширяющимся рабочим телом при подводе теплоты. Применение теплообменника ограничивает максимальную температуру подогревателя и увеличивает материалоемкость, вес и габариты двигателя.However, this engine may have limited use in transport and in stationary power plants. This is an engine with an external supply of heat. External supply of heat does not allow full use of the capabilities of this engine. By blocking the intake valves, the heat supply to the expanding working fluid is stopped, since the working fluid is heated in the heat exchanger to the intake valves outside the cylinders, but the higher the compression ratio, the earlier the intake valves are closed, the less pistons in the expanding working cylinders will go from the top dead center. body when applying heat. The use of a heat exchanger limits the maximum temperature of the heater and increases the material consumption, weight and dimensions of the engine.
Применение внутреннего сгорания в расширительных цилиндрах позволит увеличить температуру рабочего тела и подводить теплоту к расширяющемуся рабочему телу в цилиндрах на значительную часть рабочего хода поршней после перекрытия впускных клапанов, а также уменьшить материалоемкость, вес и габариты двигателя [6; 7; 8].The use of internal combustion in expansion cylinders will increase the temperature of the working fluid and supply heat to the expanding working fluid in the cylinders to a significant part of the piston stroke after closing the intake valves, as well as reduce the material consumption, weight and dimensions of the engine [6; 7; 8].
Известен двигатель внутреннего сгорания, работающий по модифицированному циклу Эриксона, содержащий корпус двигателя с первым рядом цилиндров и вторым рядом цилиндров, расположенным под некоторым углом к первому ряду цилиндров. В корпусе двигателя смонтирован коленчатый вал. Первый ряд цилиндров имеет, по меньшей мере, один компрессорный цилиндр, а второй ряд цилиндров имеет один расширительный цилиндр. В компрессорном цилиндре движется возвратно-поступательно компрессорный поршень, образующий совместно с ним компрессорную камеру переменного объема. В расширительном цилиндре движется возвратно-поступательно расширительный поршень, образующий совместно с ним расширительную камеру переменного объема. Компрессорный и расширительный поршни соединены с коленчатым валом. Компрессорный цилиндр сообщен через впускной управляемый клапан с воздуховпускным трактом и атмосферой и через нагнетательный автоматический клапан с перепускным каналом, который проходит через рекуператор тепла отработавших газов. В перепускном канале размещена камера сгорания постоянного объема, в которой установлены форсунка и средства зажигания распыленного топлива. Расширительный цилиндр сообщен через впускной управляемый клапан с перепускным каналом и камерой сгорания постоянного объема и через выпускной управляемый клапан сообщен с рекуператором и выхлопной магистралью с атмосферой. В головке расширительного цилиндра установлена форсунка.Known internal combustion engine operating on a modified Erickson cycle, comprising an engine casing with a first row of cylinders and a second row of cylinders, located at some angle to the first row of cylinders. A crankshaft is mounted in the engine housing. The first row of cylinders has at least one compressor cylinder, and the second row of cylinders has one expansion cylinder. A reciprocating compressor piston moves in the compressor cylinder, forming together with it a compressor chamber of variable volume. A reciprocating expansion piston moves in the expansion cylinder, forming together with it an expansion chamber of variable volume. Compressor and expansion pistons are connected to the crankshaft. The compressor cylinder is communicated through an inlet controlled valve with an air inlet and atmosphere and through an automatic discharge valve with a bypass channel that passes through an exhaust gas heat recovery unit. In the bypass channel there is a constant-volume combustion chamber in which a nozzle and means for igniting atomized fuel are installed. The expansion cylinder is communicated through an inlet controlled valve with a bypass channel and a constant volume combustion chamber, and through an outlet controlled valve is connected to the recuperator and the exhaust line to the atmosphere. A nozzle is installed in the head of the expansion cylinder.
Рабочий цикл двигателя происходит за один оборот коленчатого вала и включает процессы:The engine duty cycle occurs in one revolution of the crankshaft and includes processes:
1. Впуск воздуха в цилиндр компрессора.1. Air inlet to the compressor cylinder.
2. Сжатие воздуха в цилиндре и вытеснение его в перепускной канал.2. Compression of air in the cylinder and its displacement into the bypass channel.
3. Подача первой части порции распыленного топлива к воздуху в камеру сгорания перепускного канала, воспламенение его и горение при постоянном давлении.3. The supply of the first part of a portion of atomized fuel to the air in the combustion chamber of the bypass channel, its ignition and combustion at constant pressure.
4. Перемещение сжатого и нагретого рабочего тела из камеры сгорания перепускного канала в расширительный цилиндр и подача второй части порции распыленного топлива к нему, в результате чего в течение хода расширения поршня рабочее тело поддерживается с постоянной температурой с получением работы на коленчатом валу.4. Moving the compressed and heated working fluid from the combustion chamber of the bypass channel to the expansion cylinder and supplying the second portion of the atomized fuel portion to it, as a result of which the working fluid is maintained at a constant temperature during the course of the expansion of the piston to obtain work on the crankshaft.
5. Вытеснение продуктов сгорания из расширительного цилиндра через тепловой рекуператор и выхлопную магистраль в атмосферу. Между перепускным каналом и выхлопной магистралью в рекуператоре происходит теплообмен.5. The displacement of combustion products from the expansion cylinder through a heat recuperator and exhaust pipe into the atmosphere. Between the bypass channel and the exhaust line in the recuperator heat exchange occurs.
В известном двигателе холодные такты - всасывание и сжатие - осуществляют в одном цилиндре, а горячие такты - расширение и выпуск продуктов сгорания - в другом цилиндре, таким образом способствуют улучшению протекания термодинамических процессов, а также возникает возможность расширять рабочее тело в цилиндрах с объемом больше чем объем цилиндров сжатия, тем самым увеличивать степень расширения рабочего тела.In the known engine, cold strokes — suction and compression — are carried out in one cylinder, and hot strokes — expansion and exhaust of the combustion products — in another cylinder, thus contributing to the improvement of thermodynamic processes, and it is also possible to expand the working fluid in cylinders with a volume greater than the volume of compression cylinders, thereby increasing the degree of expansion of the working fluid.
В этом двигателе предварительное сжатие рабочего тела осуществляют в изменяемом объеме расширительного цилиндра в камере сжатия, которая образована перекрытием впускного клапана на такте расширения.In this engine, the pre-compression of the working fluid is carried out in the variable volume of the expansion cylinder in the compression chamber, which is formed by closing the intake valve at the expansion stroke.
В двигателе предприняты меры к воспламенению топлива в расширительном цилиндре заблаговременно, чтобы начать расширение рабочего тела от верхней мертвой точки с подводом теплоты сгоранием внутри расширительного цилиндра.In the engine, measures have been taken to ignite the fuel in the expansion cylinder in advance in order to begin the expansion of the working fluid from the top dead center with the supply of heat by combustion inside the expansion cylinder.
Форсункой, установленной в перепускном канале двигателя, подают первую часть порции распыленного топлива и воспламеняют свечой зажигания при закрытом впускном клапане до прихода поршня расширительного цилиндра в верхнюю мертвую точку.The nozzle installed in the bypass channel of the engine serves the first part of the atomized fuel portion and ignites the spark plug with the intake valve closed until the expansion cylinder piston arrives at top dead center.
Вторую часть порции распыленного топлива подают в образующееся пространство расширительного цилиндра при движении поршня от В.М.Т. до Н.М.Т. форсункой, установленной в головке цилиндра.The second part of the portion of atomized fuel is fed into the resulting space of the expansion cylinder when the piston moves from V.M.T. to N.M.T. nozzle mounted in the cylinder head.
Вторую часть порции распыленного топлива воспламеняют факелом от форсунки, установленной в перепускном канале при открытии впускного клапана расширительного цилиндра. Рабочее тело в цилиндре расширяется при преимущественно постоянных температуре и давлении.The second part of the portion of atomized fuel is ignited by a torch from the nozzle installed in the bypass channel when opening the inlet valve of the expansion cylinder. The working fluid in the cylinder expands at a predominantly constant temperature and pressure.
Однако известный двигатель имеет существенные недостатки. Это двигатель с рабочим телом низкого давления. Его компрессор не имеет устройства для уменьшения влияния вредного пространства в надпоршневом и подклапанных зазорах в В.М.Т. при вытеснении сжатого воздуха из цилиндра компрессора при высоком давлении. Как известно из цикла Карно, давление и температура в конце адиабатного сжатия рабочего тела равны давлению и температуре в начале расширения. Для этого сжатие должно быть достаточно высоким, чтобы температура рабочего тела в результате работы сжатия в конце рабочего хода сжимающего поршня приближалась к температуре в начале расширения. В известном двигателе такого приближения сделать нельзя, поскольку, как уже упоминалось, это двигатель с рабочим телом низкого давления. В этом двигателе теплота подводится к рабочему телу сначала в тепловом рекуператоре путем теплообмена перепускного канала с выхлопной магистралью, затем сжиганием топлива при непрерывном горении (многоцилиндровое исполнение двигателя) в камере сгорания перепускного канала для достижения необходимых температуры и давления рабочего тела перед подачей в расширительный цилиндр. Наконец подача второй части порции топлива и его горение непосредственно в цилиндре для поддержания рабочего тела в постоянной температуре при расширении в течение всего хода поршня от В.М.Т. до Н.М.Т., таким образом, температура рабочего тела в начале рабочего хода и в конце его одинаково высокая. При таком подводе теплоты к рабочему телу необходимо вторичное преобразование теплоты, что и происходит в рекуператоре. Это вторичное преобразование теплоты повышает К.П.Д. двигателя, однако преобразование тепловой энергии в механическую работу, насколько возможно, должно происходить от расширения рабочего тела при совершении работы непосредственно в цилиндре. Из цикла Карно известно, что наиболее экономичный процесс преобразования теплоты в работу - это когда одна часть рабочего хода поршня идет при расширении рабочего тела в цилиндре с подводом теплоты при постоянной температуре (изотермически), а вторая часть - до конца рабочего хода, без подвода и отвода теплоты (адиабатно). Для этого давление рабочего тела в начале расширения должно быть достаточно высоким [9; 4].However, the known engine has significant disadvantages. It is an engine with a low-pressure working fluid. Its compressor does not have a device to reduce the influence of harmful space in the above-piston and sub-valve clearances in V.M.T. when displacing compressed air from the compressor cylinder at high pressure. As is known from the Carnot cycle, pressure and temperature at the end of adiabatic compression of the working fluid are equal to pressure and temperature at the beginning of expansion. For this, the compression should be high enough so that the temperature of the working fluid as a result of compression work at the end of the working stroke of the compression piston approaches the temperature at the beginning of expansion. In the well-known engine, such an approximation cannot be made, since, as already mentioned, it is an engine with a low-pressure working fluid. In this engine, heat is supplied to the working fluid first in a heat recovery unit by heat exchange of the bypass channel with the exhaust line, then by burning fuel during continuous combustion (multi-cylinder engine version) in the combustion chamber of the bypass channel to achieve the required temperature and pressure of the working fluid before being fed to the expansion cylinder. Finally, the supply of the second portion of the portion of fuel and its combustion directly in the cylinder to maintain the working fluid at a constant temperature during expansion throughout the entire stroke of the piston from V.M.T. BC NMT, thus, the temperature of the working fluid at the beginning of the working stroke and at the end of it is equally high. With this supply of heat to the working fluid, a secondary conversion of heat is necessary, which happens in the recuperator. This secondary heat conversion enhances KPD engine, however, the conversion of thermal energy into mechanical work, as far as possible, should occur from the expansion of the working fluid when doing work directly in the cylinder. From the Carnot cycle, it is known that the most economical process of converting heat to work is when one part of the piston stroke goes when the working fluid expands in the cylinder with heat supply at a constant temperature (isothermally), and the second part to the end of the stroke, without supply and heat removal (adiabatically). For this, the pressure of the working fluid at the beginning of expansion should be sufficiently high [9; four].
Известный двигатель не может быть эффективным настолько, чтобы быть востребованным в современных условиях. Это двигатель с рабочим телом низкого давления. Его компрессор не имеет устройства для уменьшения влияния вредного пространства в надпоршневом и подклапанных зазорах в В.М.Т. при вытеснении сжатого воздуха из цилиндра при высоком давлении. Вторичное преобразование теплоты в работу не может достаточно полно реализовать возможности этого двигателя, кроме того, рекуператор усложняет двигатель, увеличивает его материалоемкость, вес и габариты.A well-known engine can not be so effective as to be in demand in modern conditions. It is an engine with a low-pressure working fluid. Its compressor does not have a device to reduce the influence of harmful space in the above-piston and sub-valve clearances in V.M.T. when displacing compressed air from a cylinder at high pressure. Secondary conversion of heat to work cannot fully realize the capabilities of this engine, in addition, the recuperator complicates the engine, increases its material consumption, weight and dimensions.
Сущность изобретения заключается в повышении К.П.Д. двигателя путем увеличения степени сжатия и приближения процесса расширения рабочего тела к циклу Карно - в первой части рабочего хода поршня к изотермическому расширению, во второй части, до конца рабочего хода, к адиабатному.The essence of the invention is to increase KPD engine by increasing the degree of compression and approximating the process of expansion of the working fluid to the Carnot cycle - in the first part of the piston stroke to isothermal expansion, in the second part, to the end of the stroke, to adiabatic.
Для достижения технического результата:To achieve a technical result:
1. В известном Д.В.С., содержащем, по меньшей мере, две пары цилиндров, рабочие поршни, размещенные внутри каждого цилиндра по одному с возможностью перемещения от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки и разделяющие объем каждого цилиндра на две полости, надпоршневую и подпоршневую. Первая пара цилиндров сообщена через впускные управляемые клапаны с воздуховпускным трактом и сообщена через нагнетательные автоматические клапаны с перепускным каналом. Вторая пара цилиндров сообщена через впускные управляемые клапаны с перепускным каналом и через выпускные управляемые клапаны с выхлопной магистралью, а поршни связаны шатунами с общим коленчатым валом. Все управляемые клапаны снабжены приводом от коленчатого вала. В перепускном канале установлены форсунка и свеча зажигания. В головке каждого расширительного цилиндра установлена форсунка.1. In the famous DVS, containing at least two pairs of cylinders, working pistons located inside each cylinder one at a time with the ability to move from bottom dead center to top dead center and dividing the volume of each cylinder into two cavities, over-piston and under-piston. The first pair of cylinders is communicated through inlet controlled valves with an air inlet path and communicated through pressure-controlled automatic valves with a bypass channel. The second pair of cylinders is communicated through inlet controlled valves with a bypass channel and through exhaust controlled valves with an exhaust manifold, and the pistons are connected by connecting rods to a common crankshaft. All controlled valves are driven by a crankshaft. The nozzle and spark plug are installed in the bypass channel. A nozzle is installed in the head of each expansion cylinder.
В двигателе предварительное сжатие рабочего тела осуществляют в изменяемом объеме расширительных цилиндров, в камерах сжатия, которые образованы перекрытием впускных клапанов на такте расширения, в момент, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров меньше полного объема одного из первой пары цилиндров на величину степени сжатия, при этом сжатый воздух хранится в перепускном канале. Надпоршневой объем вредного пространства в расширительных цилиндрах при нахождении поршней в верхней мертвой точке должен быть уменьшен, насколько это возможно.In the engine, the pre-compression of the working fluid is carried out in the variable volume of the expansion cylinders, in the compression chambers, which are formed by overlapping the intake valves on the expansion stroke, at a time when the volume of the supra-piston cavity of each of the second pair of cylinders is less than the total volume of one of the first pair of cylinders by the amount of compression while compressed air is stored in the bypass channel. The over-piston volume of the harmful space in the expansion cylinders should be reduced as far as possible when the pistons are in top dead center.
Для предварительного сжатия рабочего тела и образования высокого рабочего давления в перепускном канале и расширительных цилиндрах двигателя при подводе теплоты впускные клапаны перекрывают в первой трети рабочего хода поршней расширительных цилиндров.For preliminary compression of the working fluid and the formation of high working pressure in the bypass channel and the expansion cylinders of the engine during the supply of heat, the intake valves block the first third of the stroke of the pistons of the expansion cylinders.
В прототипе момент перекрытия впускных клапанов наступает не ранее третьей трети рабочего хода поршней расширительных цилиндров, поскольку это двигатель с рабочим телом низкого давления. Небольшая степень сжатия приемлема для производительной работы компрессора в двигателе с рабочим телом низкого давления.In the prototype, the moment of closing the intake valves does not occur earlier than the third third of the working stroke of the pistons of the expansion cylinders, since this is an engine with a low-pressure working fluid. A small compression ratio is acceptable for productive compressor operation in an engine with a low-pressure fluid.
2. Одноступенчатый компрессор двигателя снабжен устройством, способствующим сжатию и получению достаточно высокого давления рабочего тела, в пределах, рекомендуемых для двухступенчатого сжатия. Для увеличения объемного наполнения цилиндров компрессора и вытеснения сжатого воздуха в перепускной канал при высоком давлении, которое образуется при подводе теплоты, служит способ получения высоких давлений газа, в котором многократно осуществляют процессы всасывания и сжатия в двух параллельно включенных полостях, где по окончании каждого цикла полости объединяют, а после выравнивания в них давлений вновь разъединяют. Для этого первая пара цилиндров дополнительно сообщена каналом, связывающим оба цилиндра и управляемыми перепускными клапанами, установленными в стыке канала с каждым цилиндром и снабженными приводом, с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов в момент нахождения поршней первой группы цилиндров одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке. Использование дополнительного канала, связывающего первую пару цилиндров и управляемые перепускные клапаны, установленные в данном канале и снабженные приводом, позволяют увеличить степень сжатия и тем самым повысить К.П.Д. двигателя.2. The single-stage compressor of the engine is equipped with a device that facilitates compression and obtaining a sufficiently high pressure of the working fluid, within the limits recommended for two-stage compression. To increase the volumetric filling of the compressor cylinders and the displacement of compressed air into the bypass channel at high pressure, which is formed when heat is supplied, there is a method for producing high gas pressures, in which the processes of suction and compression are repeatedly performed in two parallel cavities, where at the end of each cavity cycle combine, and after equalization of the pressure in them again disconnect. To this end, the first pair of cylinders is additionally communicated by a channel connecting both cylinders and controlled by-pass valves installed in the junction of the channel with each cylinder and equipped with a drive, with the possibility of opening each of the controlled valves when the pistons of the first group of cylinders are one at top dead center and the other at bottom dead center. The use of an additional channel connecting the first pair of cylinders and controlled bypass valves installed in this channel and equipped with an actuator can increase the compression ratio and thereby increase the KPD engine.
3. Форсунка и свеча зажигания установлены в перепускном канале перед впускным клапаном при каждом расширительном цилиндре. Форсункой, установленной в перепускном канале, подают первую часть порции распыленного топлива и воспламеняют свечой зажигания при закрытом впускном клапане до прихода поршня расширительного цилиндра в верхнюю мертвую точку с упреждением подачи настолько, что к началу открытия впускного клапана топливо воспламеняется и образуется факел пламени. Таким образом, меры к воспламенению топлива в цилиндре предприняты заблаговременно. Поддерживать постоянное горение топлива в перепускном канале нет необходимости, поскольку при высоких степенях сжатия и повышения рабочего давления при подводе теплоты температура рабочего тела в конце рабочего хода сжимающего поршня достаточно высокая. Для уменьшения тепловых потерь через стенки перепускного канала при перемещении рабочего тела из цилиндров компрессора в расширительные цилиндры перепускной канал покрывают теплосберегающей оболочкой.3. The nozzle and spark plug are installed in the bypass channel in front of the inlet valve for each expansion cylinder. The nozzle installed in the bypass channel feeds the first part of the atomized fuel portion and ignites the spark plug with the intake valve closed until the expansion cylinder piston reaches the top dead center with advance feed so that the fuel ignites by the start of the intake valve opening and a flame is formed. Thus, measures to ignite the fuel in the cylinder were taken in advance. It is not necessary to maintain constant fuel combustion in the bypass channel, since at high degrees of compression and increase in working pressure during heat supply, the temperature of the working fluid at the end of the working stroke of the compression piston is quite high. To reduce heat loss through the walls of the bypass channel when moving the working fluid from the compressor cylinders to the expansion cylinders, the bypass channel is covered with a heat-saving shell.
В прототипе в камере сгорания перепускного канала установлены одна свеча зажигания и одна форсунка, которая обеспечивает непрерывное горение в камере сгорания при работе двигателя (при многоцилиндровом исполнении). Такое горение топлива необходимо для достижения рабочих температуры и давления рабочего тела перед подачей в расширительные цилиндры, а также для воспламенения второй части порции топлива после открытия впускных клапанов расширительных цилиндров.In the prototype, in the combustion chamber of the bypass channel one spark plug and one nozzle are installed, which provides continuous combustion in the combustion chamber when the engine is running (with multi-cylinder design). Such combustion of fuel is necessary to achieve working temperature and pressure of the working fluid before being fed into the expansion cylinders, as well as to ignite the second part of the portion of the fuel after opening the inlet valves of the expansion cylinders.
4. Вторую часть порции распыленного топлива подают в образующееся пространство расширительного цилиндра при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, примерно до половины рабочего хода поршня, форсункой, установленной в головке этого цилиндра. Начало открытия впускного клапана совпадает с началом движения поршня к нижней мертвой точке. Вторую часть порции распыленного топлива воспламеняют факелом от форсунки, установленной в перепускном канале при открытии впускного клапана. Таким образом, горение и расширение рабочего тела идет в расширительном цилиндре при движении поршня от В.М.Т. до момента перекрытия впускного клапана в объединенной полости перепускного канала и расширительного цилиндра при постоянном давлении. Горение идет при интенсивном смешивании воздуха с топливом и поддерживается в постоянной температуре в увеличивающемся объеме рабочего тела. После перекрытия впускного клапана расширение идет только в расширительном цилиндре при постоянной температуре до прекращения подачи топлива в цилиндр. Таким образом, первая часть рабочего хода поршня идет в расширительном цилиндре с подводом теплоты при постоянной температуре при движении поршня от В.М.Т. до прекращения подачи топлива. После прекращения подачи топлива расширение идет без подвода теплоты до конца рабочего хода поршня.4. The second part of the portion of atomized fuel is fed into the resulting space of the expansion cylinder when the piston moves from top dead center to bottom dead center, up to about half of the piston stroke, with the nozzle installed in the cylinder head. The beginning of the opening of the intake valve coincides with the beginning of the movement of the piston to the bottom dead center. The second part of the portion of atomized fuel is ignited by a torch from the nozzle installed in the bypass channel when the intake valve is opened. Thus, the combustion and expansion of the working fluid occurs in the expansion cylinder when the piston moves away from V.M.T. until the intake valve closes in the combined cavity of the bypass channel and the expansion cylinder at constant pressure. Combustion occurs with intensive mixing of air with fuel and is maintained at a constant temperature in an increasing volume of the working fluid. After the intake valve is shut off, expansion occurs only in the expansion cylinder at a constant temperature until the fuel supply to the cylinder ceases. Thus, the first part of the piston stroke is in the expansion cylinder with heat supply at a constant temperature when the piston moves away from V.M.T. until the fuel is shut off. After the cessation of fuel supply, the expansion proceeds without supplying heat to the end of the piston stroke.
В прототипе вторую часть порции топлива подают и поддерживают его горение непосредственно в расширительном цилиндре в постоянной температуре рабочего тела при расширении в течение всего хода поршня от В.М.Т. до Н.М.Т., таким образом, температура рабочего тела в начале рабочего хода и в конце его одинаково высокая. При таком подводе теплоты к рабочему телу необходимо вторичное преобразование теплоты, что и происходит в рекуператоре.In the prototype, the second part of the portion of the fuel is fed and maintained burning directly in the expansion cylinder at a constant temperature of the working fluid when expanding throughout the entire stroke of the piston from V.M. BC NMT, thus, the temperature of the working fluid at the beginning of the working stroke and at the end of it is equally high. With this supply of heat to the working fluid, a secondary conversion of heat is necessary, which happens in the recuperator.
5. После расширения продукты сгорания выпускают через выпускные клапаны и выхлопную магистраль в атмосферу. Выпускные клапаны расширительных цилиндров перекрывают на такте выхлопа в момент нахождения поршней, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров больше объема надпоршневой полости в этих цилиндрах в момент нахождения поршней в верхней мертвой точке на величину степени сжатия. Поскольку в верхней мертвой точке в расширительных цилиндрах есть подклапанный и надпоршневой объемы вредного пространства, то сжатие части выхлопных газов таким образом выравнивает давление в этом объеме и в перепускном канале. Впускные клапаны в начале рабочего хода объединяют перепускной канал и объем вредного пространства с равным давлением, и расширение начнется с началом движения поршней к нижней мертвой точке, причем затраты работы на сжатие компенсированы тем, что полнее используется энергия очередной порции рабочего тела.5. After expansion, the products of combustion are discharged through the exhaust valves and the exhaust line into the atmosphere. The exhaust valves of the expansion cylinders overlap at the exhaust stroke at the moment the pistons are located, when the volume of the supra-piston cavity of each of the second pair of cylinders is greater than the volume of the supra-piston cavity in these cylinders at the time the pistons are in top dead center by the amount of compression. Since at the top dead center in the expansion cylinders there are subvalve and supra-piston volumes of harmful space, the compression of a part of the exhaust gases thus equalizes the pressure in this volume and in the bypass channel. The inlet valves at the beginning of the working stroke combine the bypass channel and the volume of harmful space with equal pressure, and the expansion will begin when the pistons move to the bottom dead center, and the cost of the compression work is compensated by the fact that the energy of the next portion of the working fluid is used more fully.
6. В двигателе рабочий объем расширительных цилиндров больше рабочего объема цилиндров компрессора, тем самым увеличивают степень расширения рабочего тела в цилиндрах.6. In the engine, the working volume of the expansion cylinders is greater than the working volume of the compressor cylinders, thereby increasing the degree of expansion of the working fluid in the cylinders.
7. Каждый расширительный цилиндр двигателя выполнен составным из двух цилиндров, соосно соединенных через теплоизолирующую прокладку и закрепленных на корпусе двигателя. Первый цилиндр - опорный, второй - тепловой цилиндр. Опорный цилиндр металлический, охлаждаемый. Тепловой цилиндр трехслойный, неохлаждаемый, первый, внешний слой которого, представляет несущий металлический цилиндр (далее несущий цилиндр). Второй слой - теплосберегающий, выполнен из термостойкого материала с невысоким коэффициентом теплопроводности и покрывает внутреннюю поверхность несущего цилиндра. Поверхность второго слоя закрывают третьим, защитным слоем - термостойкой металлической втулкой.7. Each engine expansion cylinder is made up of two cylinders coaxially connected through a heat-insulating gasket and mounted on the engine body. The first cylinder is the support cylinder, the second is the thermal cylinder. The supporting cylinder is metal, cooled. The thermal cylinder is three-layer, uncooled, the first, the outer layer of which is a supporting metal cylinder (hereinafter the bearing cylinder). The second layer is heat-saving, made of heat-resistant material with a low coefficient of thermal conductivity and covers the inner surface of the bearing cylinder. The surface of the second layer is covered with a third, protective layer - heat-resistant metal sleeve.
8. Поршень каждого расширительного цилиндра состоит из трех основных частей - направляющей части, головки и вытеснителя. На головке поршня установлен вытеснитель. Вытеснитель поршня (далее вытеснитель) трехслойный, первый, внутренний слой которого, представляет несущий металлический стакан (далее несущий стакан), жестко закрепленный на головке поршня. Второй слой - теплосберегающий, выполнен из термостойкого материала с невысоким коэффициентом теплопроводности и покрывает внешние боковую и торцевую поверхности несущего стакана.8. The piston of each expansion cylinder consists of three main parts - the guide part, the head and the displacer. A displacer is installed on the piston head. The piston displacer (hereinafter referred to as the displacer) is a three-layer one, the first, inner layer of which is a supporting metal cup (hereinafter the supporting cup), rigidly fixed to the piston head. The second layer is heat-saving, made of heat-resistant material with a low coefficient of thermal conductivity and covers the outer side and end surfaces of the carrier glass.
Поверхность второго слоя закрывают третьим, защитным слоем -термостойким металлическим стаканом.The surface of the second layer is covered with a third, protective layer - heat-resistant metal glass.
9. Между вытеснителем, опорным и тепловым цилиндрами имеется зазор, необходимый и достаточный для обеспечения условий незадевания боковой стенкой вытеснителя о стенки опорного и теплового цилиндров при работе двигателя.9. Between the displacer, supporting and thermal cylinders there is a gap necessary and sufficient to ensure that the side wall of the displacer does not touch the walls of the supporting and thermal cylinders during engine operation.
Благодаря вытеснителю, установленному на головке поршня, и тепловому цилиндру, соосно установленному на опорном цилиндре, рабочий объем расширительного цилиндра перенесен из охлаждаемой части в неохлаждаемую часть цилиндра. Наличие теплосберегающих слоев в тепловом цилиндре и вытеснителе позволяет уменьшить тепловые потери через стенки этих деталей и снизить температуру несущих слоев теплового цилиндра и вытеснителя, таким образом сохранить несущие свойства нагруженных деталей. Третий, защитный слой в тепловом цилиндре и на вытеснителе необходим для защиты теплосберегающего слоя от эрозии. Вынесение рабочего объема из охлаждаемой части расширительного цилиндра и размещение его в неохлаждаемой части цилиндра с теплосберегающим слоем позволяет приблизить процесс расширения рабочего тела к адиабатным условиям. При этом в опорном цилиндре обеспечиваются щадящие условия для взаимодействия трущихся деталей поршня и опорного цилиндра.Due to the displacer mounted on the piston head and the heat cylinder coaxially mounted on the support cylinder, the working volume of the expansion cylinder is transferred from the cooled part to the uncooled part of the cylinder. The presence of heat-saving layers in the heat cylinder and the displacer can reduce heat loss through the walls of these parts and reduce the temperature of the bearing layers of the heat cylinder and the displacer, thus preserving the load-bearing properties of the loaded parts. The third, protective layer in the heat cylinder and on the displacer is necessary to protect the heat-saving layer from erosion. Removing the working volume from the cooled part of the expansion cylinder and placing it in the uncooled part of the cylinder with a heat-saving layer makes it possible to bring the process of expansion of the working fluid closer to adiabatic conditions. In this case, sparing conditions are provided in the support cylinder for the interaction of the rubbing parts of the piston and the support cylinder.
От возможности поршней компрессора достаточно полно вытеснять сжатое рабочее тело из цилиндров в перепускной канал при высоком давлении в значительной степени зависит эффективность двигателя.The ability of the compressor to completely completely displace the compressed working fluid from the cylinders into the bypass channel at high pressure largely determines the efficiency of the engine.
Это двигатель внутреннего сгорания, работающий по разделенному четырехтактному циклу, возможности которого позволяют осуществлять работу при высоком давлении рабочего тела и подводить теплоту при расширении в первой части рабочего хода поршней расширительных цилиндров при постоянной температуре (изотермически), во второй части, до конца рабочего хода поршней, расширять рабочее тело без подвода и отвода теплоты (адиабатно). При этом температурная разница между рабочим телом и стенками цилиндров и поршней в каждом цилиндре сведена до минимума, то есть холодные процессы (впуск и сжатие) осуществляют в холодных цилиндрах, а горячие процессы (горение расширение и выпуск) - в горячих цилиндрах. Таким образом, полученная совокупность признаков является необходимой для достижения технического результата.This is an internal combustion engine operating in a divided four-cycle cycle, the capabilities of which allow operation at high pressure of the working fluid and heat supply when expanding in the first part of the piston stroke of the expansion cylinders at a constant temperature (isothermal), in the second part, to the end of the piston stroke , expand the working fluid without supply and removal of heat (adiabatically). In this case, the temperature difference between the working fluid and the walls of the cylinders and pistons in each cylinder is minimized, that is, cold processes (intake and compression) are carried out in cold cylinders, and hot processes (combustion expansion and exhaust) are carried out in hot cylinders. Thus, the resulting set of features is necessary to achieve a technical result.
На фигуре 1 изображен двигатель внутреннего сгорания Меньшова (первый вариант).The figure 1 shows the internal combustion engine Menshov (first option).
Двигатель внутреннего сгорания состоит из двух пар цилиндров 1 и 2, в которых движутся поршни 3 и 4, связанные с общим коленчатым валом 5. Первая пара цилиндров 1 служит компрессором, впускные клапаны 6 которого управляемые, сообщены с воздуховпускным трактом 7 и с атмосферой. Нагнетательные клапаны 8 автоматические сообщены с перепускным каналом 9. Кроме того, цилиндры 1 компрессора связаны между собой каналом 10, в котором на стыке канала с каждым цилиндром 1 установлены перепускные управляемые клапаны 11. Вторая пара цилиндров 2 является расширительными цилиндрами, сообщена через впускные управляемые клапаны 12 с перепускным каналом 9. Выпускные клапаны 13 также управляемы, сообщены через выхлопную магистраль 14 с атмосферой. Все управляемые клапаны имеют привод от общего газораспределительного вала 15, связанного с коленчатым валом передаточным отношением 1:1. В перепускном канале 9, перед впускными клапанами 12 расширительных цилиндров установлены форсунки 16 и свечи зажигания 17. В головке 18 каждого расширительного цилиндра установлена форсунка 19.The internal combustion engine consists of two pairs of
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Вращая коленчатый вал 5, поршни 3, компрессора вытесняют воздух через автоматические нагнетательные клапаны 8 в перепускной канал 9. Кулачки газораспределительного вала 15 открывают впускные клапаны 12 расширительных цилиндров 2, поочередно, в верхней мертвой точке в начале движения поршней 4 к нижней мертвой точке, впускают воздух в цилиндры 2 до объема, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров 2 меньше объема одного из первой пары цилиндров 1 на величину степени сжатия, и перекрывают впускные клапаны 12, образуя камеры сжатия. Перед началом вращения коленчатого вала 5 во всех цилиндрах двигателя и в перепускном канале 9 давление атмосферное. Совершая один оборот коленчатого вала 5, поршни 3 компрессора вытесняют по одной порции воздуха в перепускной канал 9, а впускается в расширительные цилиндры 2 часть этих порций, поскольку объем камер сжатия значительно меньше объема цилиндров 1 компрессора. Однако давление в перепускном канале 9 увеличилось незначительно, так как суммарный объем перепускного канала 9 и камер сжатия сравнительно большой. Затем давление в перепускном канале 9 и в расширительных цилиндрах 2 до момента перекрытия впускных клапанов 12 с каждым оборотом коленчатого вала 5 увеличивается, и через несколько оборотов давление устанавливается постоянным, так как порции воздуха, вытесненные поршнями 3 компрессора в перепускной канал 9, и порции воздуха, впущенные в расширительные цилиндры 2 за каждый оборот коленчатого вала 5, равны. Это предварительное сжатие рабочего тела до давления, соответствующего степени сжатия. Оно образуется в перепускном канале при вращении коленчатого вала. При установившемся давлении в перепускном канале 9 форсунками 16 поочередно подают первую часть порции топлива и воспламеняют свечами зажигания 17 (применимо искровое и калильное зажигание). Топливо подают в приклапанное пространство в перепускном канале при закрытом впускном клапане 12 до прихода поршня 4 в В.М.Т. с упреждением подачи настолько, что к началу открытия впускного клапана топливо воспламеняется и образуется факел пламени. Начало открытия впускного клапана 12 совпадает с началом движения поршня 4 к нижней мертвой точке. Вторую часть порции распыленного топлива подают форсункой 19 в образующееся пространство цилиндра при движении поршня 4 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке примерно до половины рабочего хода поршня. Вторую часть порции распыленного топлива воспламеняют факелом от форсунки 16 при открытии впускного клапана 12. Основное назначение форсунки 16 - воспламенение второй части порции топлива. Подачу первой части порции топлива форсункой 16 прекращают после того, как факел пламени воспламенит вторую часть порции топлива, подаваемую форсункой 19. Теплоту рабочее тело получает от сгорания преимущественно второй части порции топлива. Таким образом, горение и расширение рабочего тела идет в расширительном цилиндре при движении поршня от В.М.Т. до момента перекрытия впускного клапана в объединенной полости перепускного канала и расширительного цилиндра при постоянном давлении. Горение идет при интенсивном смешивании воздуха с топливом и поддерживается в постоянной температуре в увеличивающемся объеме рабочего тела. После перекрытия впускного клапана расширение идет только в расширительном цилиндре при постоянной температуре до прекращения подачи топлива в цилиндр. Таким образом, первая часть рабочего хода поршня идет в расширительном цилиндре с подводом теплоты при постоянной температуре при движении поршня от В.М.Т. до прекращения подачи топлива. После прекращения подачи топлива расширение идет без подвода теплоты до конца рабочего хода поршня. После расширения продукты сгорания выпускают через выпускной клапан 13 и выхлопную магистраль 14 в атмосферу. Выпускные клапаны 13 расширительных цилиндров 2 перекрывают на такте выхлопа в момент нахождения поршней 4, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров 2 больше объема надпоршневой полости в этих цилиндрах в момент нахождения поршней в верхней мертвой точке на величину степени сжатия. Поскольку в верхней мертвой точке в расширительных цилиндрах 2 есть подклапанный и надпоршневой объемы вредного пространства, то сжатие части выхлопных газов таким образом выравнивает давление в этом объеме и в перепускном канале 9. Впускные клапаны 12 в начале рабочего хода объединяют перепускной канал и объем вредного пространства с равным давлением, и расширение начнется с началом движения поршней к нижней мертвой точке, причем затраты работы на сжатие компенсированы тем, что полнее используется энергия очередной порции рабочего тела.The internal combustion engine operates as follows. Rotating the
Одноступенчатый компрессор двигателя снабжен устройством, способствующим сжатию и получению достаточно высокого давления рабочего тела, в пределах, рекомендуемых для двухступенчатого сжатия. Для увеличения объемного наполнения цилиндров 1 компрессора и вытеснения сжатого воздуха в перепускной канал 9 при высоком давлении, которое образуется при подводе теплоты, служит способ получения высоких давлений газа, в котором многократно осуществляют процессы всасывания и сжатия в двух параллельно включенных полостях, где по окончании каждого цикла полости объединяют, а после выравнивания в них давлений вновь разъединяют. Для этого первая пара цилиндров 1 дополнительно снабжена каналом 10, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами 11, установленными в стыке канала с каждым цилиндром и снабженными приводом (кулачковый вал 15) с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов 11 в момент нахождения поршней 3 первой группы цилиндров 1 одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке. Таким образом, использование дополнительного канала, связывающего первую пару цилиндров и управляемые перепускные клапаны, установленные в данном канале и снабженные приводом, позволяют увеличить степень сжатия и тем самым повысить К.П.Д. двигателя.A single-stage compressor of the engine is equipped with a device that facilitates compression and obtaining a sufficiently high pressure of the working fluid, within the limits recommended for two-stage compression. To increase the volumetric filling of the compressor cylinders 1 and the displacement of compressed air into the
Для повышения К.П.Д. двигателя путем приближения процесса расширения рабочего тела к адиабатным условиям рабочий объем каждого расширительного цилиндра перенесен из охлаждаемой части в неохлаждаемую часть цилиндра.To increase KPD engine by approximating the process of expansion of the working fluid to adiabatic conditions, the working volume of each expansion cylinder is transferred from the cooled part to the uncooled part of the cylinder.
На фигуре 2 изображен двигатель внутреннего сгорания Меньшова (второй вариант), в котором рабочий объем каждого расширительного цилиндра перенесен из охлаждаемой части в неохлаждаемую часть расширительного цилиндра. Способ работы такой же, как и первый вариант.The figure 2 shows the Menshov’s internal combustion engine (second embodiment), in which the working volume of each expansion cylinder is transferred from the cooled part to the uncooled part of the expansion cylinder. The way of working is the same as the first option.
На фигуре 3 изображен расширительный цилиндр с поршнем и головкой цилиндра двигателя Меньшова (по второму варианту).The figure 3 shows the expansion cylinder with a piston and cylinder head of the Menshov engine (in the second embodiment).
Каждый расширительный цилиндр 2 состоит из двух цилиндров, соосно соединенных и закрепленных на корпусе двигателя. Первый цилиндр - опорный, второй - тепловой цилиндр. Опорный цилиндр 20 металлический, охлаждаемый, служит опорой для теплового цилиндра. Внутренняя поверхность опорного цилиндра служит направляющей для поршня и уплотняемой поверхностью от протечки рабочего тела между цилиндром и уплотняющими кольцами поршня. Тепловой цилиндр 21 - трехслойный, неохлаждаемый, первый, внешний слой которого представляет несущий металлический цилиндр 22. Второй слой 23 - теплосберегающий, выполнен из термостойкого материала с невысоким коэффициентом теплопроводности (например, из прессованного асбестового картона) и покрывает внутреннюю поверхность несущего цилиндра. Поверхность теплосберегающего слоя закрывают третьим слоем 24 - термостойкой защитной металлической втулкой. В плоскости разъема 25, разделяющей расширительный цилиндр на опорный и тепловой цилиндры, установлена теплоизолирующая уплотнительная прокладка 26. Поршень 4 расширительного цилиндра состоит из трех основных частей: направляющей части 27, головки 28 и вытеснителя 29. В направляющей части 27 (юбке поршня, изображена частично) с внутренней стороны имеются приливы с отверстиями для поршневого пальца. На боковой стенке головки поршня 28, в канавках, размещены уплотняющие поршневые кольца 30. На головке поршня 28 установлен вытеснитель 29. Вытеснитель поршня трехслойный. Первый, внутренний, слой которого представляет несущий металлический стакан 31, соединенный с головкой поршня резьбовым соединением 32 (или иным способом). Второй слой 33 вытеснителя - теплосберегающий, выполнен из термостойкого материала с невысоким коэффициентом теплопроводности и покрывает внешние боковую и торцевую поверхности несущего стакана 31. Поверхность теплосберегающего слоя 33 закрывают третьим слоем 34 - термостойким защитным металлическим стаканом. Между вытеснителем, опорным и тепловым цилиндрами имеется зазор 35, необходимый и достаточный для обеспечения условий незадевания боковой стенкой вытеснителя о стенки опорного и теплового цилиндров при работе двигателя. Благодаря вытеснителю, установленному на головке поршня, и тепловому цилиндру, соосно установленному на опорном цилиндре, рабочий объем 36 расширительного цилиндра 2 перенесен из охлаждаемой части расширительного (опорного) цилиндра 20 в неохлаждаемую часть расширительного (теплового) цилиндра 21. Наличие теплосберегающих слоев в тепловом цилиндре и вытеснителе позволяет уменьшить тепловые потери через стенки этих деталей и снизить температуру несущих слоев теплового цилиндра и вытеснителя, таким образом сохранить несущие свойства нагруженных деталей. Третий, защитный слой в тепловом цилиндре и на вытеснителе необходим для защиты теплосберегающего слоя от эрозии. Вынесение рабочего объема из охлаждаемой части цилиндра и размещение его в неохлаждаемой части цилиндра с теплосберегающим слоем позволяет приблизить процесс расширения рабочего тела к адиабатным условиям и таким образом повысить К.П.Д. двигателя. При этом в опорном цилиндре обеспечиваются щадящие условия для взаимодействия трущихся деталей поршня и опорного цилиндра.Each
При высоких степенях сжатия и повышения рабочего давления при подводе теплоты, температура рабочего тела в конце рабочего хода сжимающего поршня достаточно высокая. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду через стенки перепускного канала при перемещении рабочего тела из цилиндров компрессора в расширительные цилиндры перепускной канал 9 покрывают теплосберегающей оболочкой 37.With high degrees of compression and increase in working pressure during heat supply, the temperature of the working fluid at the end of the working stroke of the compression piston is quite high. To reduce heat loss to the environment through the walls of the bypass channel when moving the working fluid from the compressor cylinders to the expansion cylinders, the
Работа двигателя осуществляется после образования рабочего давления в перепускном канале. Рабочее давление образуется в результате предварительного сжатия рабочего тела и повышения его давления после подвода теплоты при вращении коленчатого вала. Степень повышения давления зависит от разности температур рабочего тела в цилиндрах компрессора в начале сжатия и рабочего тела в расширительных цилиндрах на момент перекрытия впускных клапанов. Рабочее давление образуется таким образом. При установившемся в перепускном канале давлении, соответствующем степени сжатия, при вращении коленчатого вала от начала рабочего хода поршней расширительных цилиндров и примерно до половины хода, к рабочему телу в расширительные цилиндры подводят теплоту (поочередно соответственно). Давление в перепускном канале и в цилиндрах увеличивается незначительно. Совершая один оборот коленчатого вала, поршни компрессора вытесняют по одной порции рабочего тела в перепускной канал, а впускается в расширительные цилиндры часть этих порций, поскольку после подвода теплоты в эти цилиндры, до момента перекрытия впускных клапанов, рабочее тело расширяется только в цилиндрах, а давление увеличивается и распространяется на весь объем рабочего тела, ограниченного стенками расширительных цилиндров, поршней и перепускного канала, сжимая рабочее тело в перепускном канале и перемещая поршни в цилиндрах к Н.М.Т. При этом массовая доля каждой порции рабочего тела, впущенной в расширительные цилиндры после подвода теплоты и расширения на момент перекрытия впускных клапанов, меньше массы порции рабочего тела, вытесненной каждым поршнем компрессора в перепускной канал. Продолжая вращать коленчатый вал, давление в перепускном канале и в расширительных цилиндрах до момента перекрытия впускных клапанов с каждым оборотом увеличивается. Давление увеличивается до тех пор, пока масса порции рабочего тела, впущенной в каждый расширительный цилиндр из перепускного канала, на момент перекрытия впускных клапанов не достигнет массы порции рабочего тела, вытесненной каждым поршнем компрессора в перепускной канал. Через несколько оборотов коленчатого вала давление в перепускном канале устанавливается и поддерживается постоянным и соответствует рабочему давлению при данной температуре рабочего тела в расширительных цилиндрах на момент перекрытия впускных клапанов, а работа расширения рабочего тела идет только на перемещение поршней расширительных цилиндров к Н.М.Т. и получение работы на коленчатом валу. Таким образом, расширение рабочего тела идет при движении поршней расширительных цилиндров от В.М.Т. до момента перекрытия впускных клапанов в объединенной полости перепускного канала и расширительных цилиндров при постоянном давлении, а в расширительных цилиндрах и при постоянной температуре. После перекрытия клапанов расширение идет только в полостях расширительных цилиндров при постоянной температуре до прекращения подвода теплоты. После прекращения подвода теплоты расширение идет адиабатно, без подвода и отвода теплоты до конца рабочего хода поршней.The operation of the engine is carried out after the formation of operating pressure in the bypass channel. Working pressure is formed as a result of preliminary compression of the working fluid and increase of its pressure after applying heat during rotation of the crankshaft. The degree of pressure increase depends on the temperature difference between the working fluid in the compressor cylinders at the beginning of compression and the working fluid in the expansion cylinders at the time the intake valves are closed. Working pressure is generated in this way. When the pressure is established in the bypass channel corresponding to the compression ratio, when the crankshaft rotates from the beginning of the working stroke of the expansion cylinder pistons and to about half the stroke, heat is supplied to the working fluid in the expansion cylinders (alternately, respectively). The pressure in the bypass channel and in the cylinders increases slightly. Performing one revolution of the crankshaft, the pistons of the compressor displace one portion of the working fluid into the bypass channel, and some of these portions are introduced into the expansion cylinders, since after supplying heat to these cylinders, until the intake valves overlap, the working fluid expands only in the cylinders, and the pressure increases and extends to the entire volume of the working fluid bounded by the walls of the expansion cylinders, pistons and the bypass channel, compressing the working fluid in the bypass channel and moving the pistons in the cylinders to N.M .T. In this case, the mass fraction of each portion of the working fluid introduced into the expansion cylinders after the heat supply and expansion at the time of closing the inlet valves is less than the mass of the portion of the working fluid displaced by each compressor piston into the bypass channel. Continuing to rotate the crankshaft, the pressure in the bypass channel and in the expansion cylinders increases until the intake valves overlap with each revolution. The pressure increases until the mass of a portion of the working fluid introduced into each expansion cylinder from the bypass channel, at the time of closing the inlet valves, does not reach the mass of the portion of the working fluid displaced by each compressor piston into the bypass channel. After several revolutions of the crankshaft, the pressure in the bypass channel is established and maintained constant and corresponds to the working pressure at a given temperature of the working fluid in the expansion cylinders at the time the intake valves are closed, and the work of expanding the working fluid is only to move the pistons of the expansion cylinders to N.M. and getting work on the crankshaft. Thus, the expansion of the working fluid occurs when the pistons of the expansion cylinders move from V.M.T. until the intake valves overlap in the combined cavity of the bypass channel and expansion cylinders at constant pressure, and in the expansion cylinders at constant temperature. After the valves are closed, expansion occurs only in the cavities of the expansion cylinders at a constant temperature until the supply of heat ceases. After the termination of the supply of heat, the expansion proceeds adiabatically, without supplying and removing heat to the end of the piston stroke.
Таким образом, совокупность признаков, упоминаемых в этом описании, приближает процессы сжатия, горения и расширения рабочего тела к условиям, наиболее предпочтительным, и ставит способ работы двигателя внутреннего сгорания по разделенному четырехтактному циклу на качественно новый уровень.Thus, the set of features mentioned in this description brings the processes of compression, combustion, and expansion of the working fluid closer to the most preferable conditions, and puts the method of operation of the internal combustion engine in a divided four-cycle cycle to a qualitatively new level.
Пояснения к фигуре 1Explanations for figure 1
1. Первая пара цилиндров. Цилиндры компрессора1. The first pair of cylinders. Compressor cylinders
2. Вторая пара цилиндров. Расширительные цилиндры2. The second pair of cylinders. Expansion cylinders
3. Поршни цилиндров компрессора3. Compressor pistons
4. Поршни расширительных цилиндров4. Pistons for expansion cylinders
5. Коленчатый вал5. Crankshaft
6. Впускные управляемые клапаны компрессора6. Inlet operated compressor valves
7. Впускной тракт7. Inlet tract
8. Автоматические нагнетательные клапаны компрессора8. Automatic compressor discharge valves
9. Перепускной канал9. Bypass
10. Канал, связывающий между собой цилиндры компрессора10. The channel connecting the compressor cylinders
11. Перепускные управляемые клапаны компрессора11. Compressor bypass valves
12. Впускные управляемые клапаны расширительных цилиндров12. Intake operated expansion valve cylinders
13. Выпускные управляемые клапаны расширительных цилиндров13. Exhaust control valves for expansion cylinders
14. Выхлопная магистраль14. The exhaust pipe
15. Кулачковый газораспределительный вал15. Cam camshaft
16. Форсунки перепускного канала16. Bypass nozzles
17. Свечи зажигания17. Spark plugs
18. Головка расширительного цилиндра18. The head of the expansion cylinder
19. Форсунки расширительных цилиндров19. Injectors for expansion cylinders
Пояснения к фигуре 2Explanations for figure 2
1. Первая пара цилиндров. Цилиндры компрессора1. The first pair of cylinders. Compressor cylinders
2. Вторая пара цилиндров. Расширительные цилиндры2. The second pair of cylinders. Expansion cylinders
3. Поршни цилиндров компрессора3. Compressor pistons
4. Поршни расширительных цилиндров4. Pistons for expansion cylinders
5. Коленчатый вал5. Crankshaft
6. Впускные управляемые клапаны компрессора6. Inlet operated compressor valves
7. Впускной тракт7. Inlet tract
8. Автоматические нагнетательные клапаны компрессора8. Automatic compressor discharge valves
9. Перепускной канал9. Bypass
10. Канал связывающий между собой цилиндры компрессора10. The channel connecting the compressor cylinders
11. Перепускные управляемые клапаны компрессора11. Compressor bypass valves
12. Впускные управляемые клапаны расширительных цилиндров12. Intake operated expansion valve cylinders
13. Выпускные управляемые клапаны расширительных цилиндров13. Exhaust control valves for expansion cylinders
14. Выхлопная магистраль14. The exhaust pipe
15. Кулачковый газораспределительный вал15. Cam camshaft
16. Форсунки перепускного канала16. Bypass nozzles
17. Свечи зажигания17. Spark plugs
18. Головки расширительных цилиндров18. Heads of expansion cylinders
19. Форсунки расширительных цилиндров19. Injectors for expansion cylinders
20. Опорный цилиндр20. Support cylinder
21. Тепловой цилиндр21. The thermal cylinder
25. Плоскость разъема расширительного цилиндра на опорный и тепловой цилиндры25. The plane of the connector of the expansion cylinder on the reference and thermal cylinders
29. Вытеснитель поршня (вытеснитель)29. Piston displacer (displacer)
35. Зазор между стенкой вытеснителя и стенкой расширительного цилиндра35. The gap between the wall of the displacer and the wall of the expansion cylinder
36. Рабочий объем расширительного цилиндра36. The working volume of the expansion cylinder
Пояснения к фигуре 3Explanations for figure 3
2. Расширительный цилиндр2. The expansion cylinder
4. Поршень расширительного цилиндра4. The piston of the expansion cylinder
9. Перепускной канал.9. Bypass channel.
12. Впускной управляемый клапан расширительного цилиндра12. Intake operated expansion valve
13. Выпускной управляемый клапан расширительного цилиндра13. Exhaust control valve of the expansion cylinder
14. Выхлопная магистраль14. The exhaust pipe
16. Форсунка перепускного канала16. Bypass nozzle
17. Свеча зажигания17. Spark plug
18. Головка расширительного цилиндра18. The head of the expansion cylinder
19. Форсунка расширительного цилиндра19. The nozzle of the expansion cylinder
20. Опорный цилиндр20. Support cylinder
21. Тепловой цилиндр21. The thermal cylinder
22. Первый, несущий слой теплового цилиндра (несущий цилиндр)22. The first supporting layer of the thermal cylinder (supporting cylinder)
23. Второй, теплосберегающий слой теплового цилиндра23. The second, heat-saving layer of the heat cylinder
24. Третий, защитный слой теплового цилиндра24. Third, the protective layer of the heat cylinder
25. Плоскость разъема расширительного цилиндра на опорный и тепловой цилиндры25. The plane of the connector of the expansion cylinder on the reference and thermal cylinders
26. Теплоизолирующая уплотнительная прокладка26. Thermal insulation gasket
27. Направляющая часть поршня (изображена частично)27. The piston guide (partially shown)
28. Головка поршня28. Piston head
29. Вытеснитель поршня (вытеснитель)29. Piston displacer (displacer)
30. Поршневые кольца30. Piston rings
31. Первый, несущий слой вытеснителя (несущий стакан)31. The first carrier layer of the displacer (carrier glass)
32. Резьбовое соединение несущего стакана с головкой поршня32. Threaded connection of the bearing cup with the piston head
33. Второй, теплосберегающий слой вытеснителя33. The second, heat-saving layer of the displacer
34. Третий, защитный слой вытеснителя34. The third, protective layer of the displacer
35. Зазор между стенкой вытеснителя и стенкой расширительного цилиндра35. The gap between the wall of the displacer and the wall of the expansion cylinder
36. Рабочий объем расширительного цилиндра36. The working volume of the expansion cylinder
37. Теплосберегающая оболочка перепускного канала37. Heat-saving casing of the bypass channel
Источники информацииInformation sources
1. С.Н.Богданов, М.М.Буренков, И.Е.Иванов. Автомобильные двигатели. Учебник для автотранспортных техникумов. М.: Изд. Машиностроение, 1987 г. - 368 с., с.70, 122-128.1. S.N. Bogdanov, M.M. Burenkov, I.E. Ivanov. Car engines. The textbook for motor transport technical schools. M .: Publishing. Engineering, 1987 - 368 p., P. 70, 122-128.
2. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Учебное пособие по курсу конструкции двигателей для втузов. М.: Высшая школа, 1970 г. - 432 с., с.25, 26, 42, 43.2. Raikov I.Ya., Rytvinsky G.N. Automobile internal combustion engines. Study guide on the design of engines for technical colleges. M .: Higher school, 1970 - 432 p., P. 25, 26, 42, 43.
3. «Тайны XX века». Еженедельник. №46, ноябрь 2007 г. Г.Черненко, с.6.3. "Secrets of the XX century." Weekly. No. 46, November 2007 G. Chernenko, p.6.
4. Моравский А.В., Фаин М.А. Огонь в упряжке. М.: Знание, 1990 г. (Жизнь замечательных идей). - 192 с., с.35, 54, 55, 59, 67, 68, 82, 83, 112.4. Moravsky A.V., Fain M.A. Fire in a harness. M .: Knowledge, 1990 (Life of great ideas). - 192 p., P. 35, 54, 55, 59, 67, 68, 82, 83, 112.
5. Патент США №3623463, НКИ 123-70, МКИ F02B 33/22. Опубликовано в 1971 г.5. US patent No. 3623463, NKI 123-70,
6. Патент РФ №1760804 A1. МКИ F02G 1/02, F02B 75/12. Приоритет от 19.03.1990 г.6. RF patent No. 1760804 A1. MKI F02G 1/02, F02B 75/12. Priority of March 19, 1990
7. Журнал «Изобретатель и рационализатор» №11, 1981 г. А.Ушаков, с.14-17.7. The journal "Inventor and rationalizer" No. 11, 1981 A. Ushakov, p.14-17.
8. Заявка ФРГ МКИ F04B 37/16. DE 3514119 A1. Опубликовано 23.10.1986 г.8. Application of
9. Патент США №4133172, НКИ 60-39. 63, МКИ F02 41/02. Опубликовано в 1979 г. (прототип).9. US patent No. 413172, NKI 60-39. 63, MKI F02 41/02. Published in 1979 (prototype).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105305/06A RU2435975C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Menshov internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105305/06A RU2435975C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Menshov internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009105305A RU2009105305A (en) | 2010-08-27 |
| RU2435975C2 true RU2435975C2 (en) | 2011-12-10 |
Family
ID=42798294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009105305/06A RU2435975C2 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Menshov internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2435975C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768430C1 (en) * | 2021-08-31 | 2022-03-24 | Владимир Викторович Михайлов | Hybrid power plants |
-
2009
- 2009-02-16 RU RU2009105305/06A patent/RU2435975C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768430C1 (en) * | 2021-08-31 | 2022-03-24 | Владимир Викторович Михайлов | Hybrid power plants |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009105305A (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7030822B2 (en) | Internal combustion steam engine | |
| US7624709B2 (en) | Cao cycles of internal combustion engine with increased expansion ratio, constant-volume combustion, variable compression ratio, and cold start mechanism | |
| US6918358B2 (en) | Eight-stroke internal combustion engine utilizing a slave cylinder | |
| US7383797B2 (en) | Double piston cycle engine | |
| US7273023B2 (en) | Steam enhanced double piston cycle engine | |
| US6199369B1 (en) | Separate process engine | |
| CN101779016A (en) | Operation of internal combustion engine method and internal-combustion engine | |
| JP2010506072A (en) | Combustion engine with self-ignition of air-fuel mixture | |
| AU4044099A (en) | Operating method and device for supplementary compressed air injection engine operating with mono-energy or bi-energy in two or three powering modes | |
| WO2013023434A1 (en) | Two-stroke reciprocating piston combustion engine | |
| US7841308B1 (en) | Rotary valve in an internal combustion engine | |
| WO2006024209A1 (en) | An engine of a gas-steam turbine type | |
| US7677210B2 (en) | Rotating barrel type internal combustion engine | |
| WO1997045629A1 (en) | Energy conservation cycle engine | |
| US6314925B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head | |
| CN104100365A (en) | High pressure energy storage heat energy power machine and working method thereof | |
| CN101333962B (en) | New rotary piston engine | |
| JP4286419B2 (en) | Piston type internal combustion engine | |
| CN104088719A (en) | Efficient thermal energy power equipment and working method thereof | |
| RU2435975C2 (en) | Menshov internal combustion engine | |
| CN1612975A (en) | rotary piston engine | |
| CN102562294B (en) | Eight-stroke engine | |
| CN106224087B (en) | A kind of engine using high pressure low burn value gaseous fuel | |
| US20070245734A1 (en) | Internal steam engine | |
| CN112065574B (en) | Middle combustion hot gas turbine capable of improving heat engine efficiency and reducing tail gas pollution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190217 |