RU103855U1 - COMBINED ENGINE - Google Patents

Abstract

Комбинированный двигатель, содержащий верхний рабочий объем, снабженный впускными и выпускными клапанами, форсункой, оборудованной электромагнитным клапаном, соединенный коллектором с нижним рабочим объемом с электромагнитным клапаном и ресивером через охладитель и тепловой аккумулятор впускными и выпускными клапанами охладителя и теплового аккумулятора, отличающийся тем, что кривошипно-шатунный механизм оппозитный с цилиндрами и поршнями разного диаметра связан с охладителем воздуха ресивера и каталитическим нейтрализатором в тепловом аккумуляторе. A combined engine containing an upper working volume, equipped with inlet and outlet valves, a nozzle equipped with a solenoid valve, connected by a manifold with a lower working volume with a solenoid valve and a receiver through a cooler and a heat accumulator with inlet and outlet valves of a cooler and a heat accumulator, characterized in that it crank - the opposed connecting rod mechanism with cylinders and pistons of different diameters is connected with the receiver air cooler and the catalytic converter in the heat accumulator.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для более полного преобразования энергии сжигаемого топлива в механическую работу.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building and can be used to more fully convert the energy of combusted fuel into mechanical work.

Известны комбинированные двигатели, включающие поршневой ДВС и утилизационный двигатель.Combined engines are known, including a piston internal combustion engine and a recovery engine.

Двигатель внутреннего сгорания (Руднев В.В., Хасанова М.Л. двигатель внутреннего сгорания: Патент на полезную модель. RU 89179 U1 F02G 5/02. 27.11.2009. Бюл. №33), который содержит: картер с размещенным в нем кривошипно-шатунным механизмом, цилиндр, поршень, головку цилиндра с впускным коллектором, впускным и выпускным клапанами, форсунку для топлива, перепускным клапаном с охладителями воздуха и ресиверами низкого и высокого давления.Internal combustion engine (Rudnev V.V., Khasanova M.L. internal combustion engine: Utility model patent. RU 89179 U1 F02G 5/02. 11/27/2009. Bull. No. 33), which contains: a crankcase with it crank mechanism, cylinder, piston, cylinder head with intake manifold, intake and exhaust valves, fuel nozzle, bypass valve with air coolers and low and high pressure receivers.

Недостатком этого двигателя являются значительные потери теплоты при ступенчатом сжатии воздуха из-за применения двух ресиверов и одного рабочего объема, что снижает индикаторный КПД.The disadvantage of this engine is significant heat loss during step compression of air due to the use of two receivers and one working volume, which reduces the indicator efficiency.

Известен также двухтактный двигатель внутреннего сгорания с разделенными процессами сжатия и расширения. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания: (Патент RU 2136920, 6 F02В 41/04. Опубл. 10.09.99. Бюл. №25), содержащий два цилиндра, оборудованные клапанами, с поршнями, которые приводятся в действие от общего коленчатого вала, и ресивер. Тыльная сторона поршня при его движении вниз в одном из цилиндров обеспечивает сжатие воздуха и нагнетание его в ресивер. Из ресивера сжатый воздух поступает в два цилиндра, где осуществляется сгорание подаваемого в них топлива, и расширение продуктов сгорания практически до атмосферного давления за счет объема расширения в два раза большего объема сжатия.A two-stroke internal combustion engine with separate compression and expansion processes is also known. The method of operation of a two-stroke internal combustion engine: (Patent RU 2136920, 6 F02B 41/04. Publ. 10.09.99. Bull. No. 25), comprising two cylinders equipped with valves, with pistons that are driven from a common crankshaft, and receiver. The back of the piston when it moves down in one of the cylinders provides compression of the air and forcing it into the receiver. Compressed air flows from the receiver into two cylinders, where the fuel supplied to them is combusted, and the products of combustion expand almost to atmospheric pressure due to the expansion volume twice the compression volume.

Недостатками этого двигателя является расходование части энергии, произведенной при расширении, на сжатие воздуха.The disadvantages of this engine is the expenditure of a part of the energy produced during expansion on air compression.

Известен также комбинированный двигатель. Комбинированный двигатель. (Патент на полезную модель. RU 87468 U1 F02G 5/02. 10.10.2009. Бюл. №28), состоящий из картера, крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма, цилиндра с перемещающимся в нем поршнем, снабженный впускными и выпускными клапанами, форсункой, оборудованной электромагнитным клапаном, имеющий полость над поршнем, соединенную коллектором с полостью под поршнем, которые соединены через охладитель и тепловой аккумулятор впускными и выпускными клапанами охладителя и теплового аккумулятора, а нижняя полость с ресивером через электромагнитный клапан.A combination engine is also known. Combined engine. (Utility Model Patent. RU 87468 U1 F02G 5/02. 10/10/2009. Bull. No. 28), consisting of a crankcase, a crosshead crank mechanism, a cylinder with a piston moving in it, equipped with inlet and outlet valves, an nozzle equipped an electromagnetic valve having a cavity above the piston connected by a collector to a cavity under the piston, which are connected through the cooler and the heat accumulator to the intake and exhaust valves of the cooler and heat accumulator, and the lower cavity to the receiver through the electromagnetic valve.

Недостатком этой конструкции являются высокая токсичность отработавших газов, значительные потери через стенки цилиндра, низкая энергоемкость ресивера.The disadvantage of this design is the high toxicity of exhaust gases, significant losses through the cylinder walls, low energy consumption of the receiver.

Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.This engine design is the closest to the proposed technical essence and is taken as a prototype.

Задачей предложения является увеличение снижение токсичности отработавших газов, улучшение мощностных показателей.The objective of the proposal is to increase the reduction of toxicity of exhaust gases, improve power performance.

Решение поставленной задачи достигается тем, что токсичность отработавших газов снижается в каталитическом нейтрализаторе, улучшение мощностных показателей достигается снижением потерь теплоты в стенки цилиндра для сгорания и отводом теплоты от стенок при сжатии применением отдельных, повышением энергоемкости ресивера охлаждением воздуха.The solution of this problem is achieved by the fact that the toxicity of the exhaust gases is reduced in the catalytic converter, the improvement of power indicators is achieved by reducing heat loss to the cylinder walls for combustion and heat removal from the walls during compression using separate ones, increasing the energy consumption of the receiver by cooling the air.

Анализ предлагаемого решения и известных, позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.An analysis of the proposed solution and the known ones allows us to conclude that it meets the conditions of patentability of a utility model.

Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство комбинированного двигателя.The proposal is illustrated in the figure (figure 1), which shows the basic structure of the combined engine.

Предлагаемый комбинированный двигатель содержит: оппозитный кривошипно-шатунный механизм 1 с верхним цилиндром 2 и поршнем 3 большого диаметра и нижним цилиндром 4 и поршнем 5 меньшего диаметра. Верхний цилиндр 2 оборудован впускным клапаном 6 с впускным коллектором 7 и выпускным клапаном 8 с выпускным коллектором 9, форсункой 10 с электромагнитным клапаном 11, топливный бак 12 с насосом 13, впускным 14 и выпускным 15 клапанами охладителя 16, впускным 17 и выпускным 18 клапанами теплового аккумулятора 19 с каталитическим нейтрализатором 20, электромагнитным клапаном 21 ресивера 22 с охладителем воздуха 23.The proposed combined engine contains: an opposed crank mechanism 1 with an upper cylinder 2 and a piston 3 of a large diameter and a lower cylinder 4 and a piston 5 of a smaller diameter. The upper cylinder 2 is equipped with an intake valve 6 with an intake manifold 7 and an exhaust valve 8 with an exhaust manifold 9, a nozzle 10 with a solenoid valve 11, a fuel tank 12 with a pump 13, an intake 14 and an outlet 15 valves for the cooler 16, the inlet 17 and the outlet 18 thermal valves battery 19 with a catalytic converter 20, an electromagnetic valve 21 of the receiver 22 with an air cooler 23.

Предлагаемый комбинированный двигатель работает следующим образом:The proposed combined engine operates as follows:

На установившихся режимах работа комбинированного двигателя осуществляется по четырехтактному циклу дизеля.In steady-state modes, the combined engine operates on a four-cycle diesel cycle.

На режимах холостого хода комбинированный двигатель работает следующим образом.At idle, the combined engine operates as follows.

В первый такт очередного рабочего цикла поршень 3 двигается от верхней мертвой точки к нижней, впускной клапан 6 открывается и за счет разряжения, создаваемого в надпоршневом пространстве, происходит впуск свежего заряда воздуха из атмосферы по впускному коллектору 7 в цилиндр 2 двигателя, а в нижнем цилиндре происходит сжатие воздуха поршнем 5 с последующей подачей его через электромагнитный клапан 21 и охладитель воздуха 23 в ресивер 22.In the first cycle of the next working cycle, the piston 3 moves from the top dead center to the bottom, the intake valve 6 opens and due to the vacuum created in the above-piston space, a fresh charge of air from the atmosphere is introduced through the intake manifold 7 into the cylinder 2 of the engine, and in the lower cylinder air is compressed by the piston 5 with its subsequent supply through the electromagnetic valve 21 and the air cooler 23 to the receiver 22.

На втором такте поршень 3 начинает движение из нижней мертвой точки к верхней, с началом движения открывается впускной клапан охладителя 14, происходит сжатие воздуха в надпоршневом пространстве и подача его через охладитель 16 и выпускной клапан охладителя 15 в нижний цилиндр 4. В процессе движения поршня 3 к верхней мертвой точке, происходит закрытие впускного клапана охладителя 14 и продолжается сжатие воздуха, находящегося в верхнем цилиндре 2. В конце второго такта в нагретый за счет сжатия воздух через форсунку 10, управляемую электромагнитным клапаном 11, впрыскивается под высоким давлением топливо, подаваемое насосом 13 из бака 12, и происходит воспламенение и сгорание топлива с интенсивным тепловыделением.At the second stroke, the piston 3 begins to move from the bottom dead center to the top, with the start of movement, the inlet valve of the cooler 14 opens, air is compressed in the above-piston space and supplied through the cooler 16 and the outlet valve of the cooler 15 to the lower cylinder 4. During the movement of the piston 3 to the top dead center, the intake valve of the cooler 14 is closed and the compression of the air in the upper cylinder 2 continues. At the end of the second cycle, the air heated by compression through the nozzle 10 controlled by the electromagnet tnym valve 11, is injected under high pressure fuel supplied to the pump 13 from the tank 12, and ignites and combustion of fuel with an intense heat emission.

На третьем такте горячие газы, расширяясь, давят на поршень 3 сверху и перемещают его вниз, совершая работу. Через кривошипно-шатунный механизм 1 эта работа может быть полезно использована. На этом же такте в нижнем цилиндре открывается электромагнитный клапан 21, происходит сжатие и подача воздуха через охладитель воздуха 23 в ресивер 22.At the third step, the hot gases, expanding, press on the piston 3 from above and move it down, doing work. Through the crank mechanism 1, this work can be useful. At the same stroke in the lower cylinder, the electromagnetic valve 21 opens, compression and air supply through the air cooler 23 to the receiver 22.

В последний четвертый такт рабочего цикла, когда поршень 3 перемещается к верхней мертвой точке, отработавшие газы из верхнего цилиндра 2 через выпускной клапан 8 по коллектору 9 поступают в тепловой аккумулятор 19 с каталитическим нейтрализатором 20, для нейтрализации и отдачи теплоты, затем направляются в атмосферу.In the last fourth cycle of the working cycle, when the piston 3 moves to the top dead center, the exhaust gases from the upper cylinder 2 through the exhaust valve 8 through the manifold 9 enter the heat accumulator 19 with a catalytic converter 20, to neutralize and transfer heat, then they are sent to the atmosphere.

На режиме торможения двигателем рабочий цикл осуществляется также как и на режиме холостого хода, за исключением полного прекращения подачи топлива через форсунку 10 в цилиндр 2, на втором такте перекачивания всего количества воздуха из верхнего цилиндра 2 через впускной клапан охладителя 14, охладитель 16 и выпускной клапан охладителя 15 в нижний цилиндр 4 с последующим сжатием его поршнем 5 и подачей этого воздуха через электромагнитный клапан 21 для охлаждения его в охладителе воздуха 23 и накопления его в ресивере 22.In the engine braking mode, the duty cycle is carried out as in the idle mode, except for the complete cessation of fuel supply through the nozzle 10 to the cylinder 2, at the second cycle of pumping all the air from the upper cylinder 2 through the inlet valve of the cooler 14, the cooler 16 and the exhaust valve cooler 15 into the lower cylinder 4, followed by compression by the piston 5 and the supply of this air through the electromagnetic valve 21 to cool it in the air cooler 23 and accumulate it in the receiver 22.

На режиме форсирования двигателя на пиковых нагрузках в отличие от режима холостого хода на втором такте рабочего цикла открывается электромагнитный клапан 21, и сжатый воздух из ресивера 22 поступая в нижний цилиндр 4, расширяясь создает давление на поршень 5, совершая полезную работу. В начале третьего такта открываются впускной 17 и выпускной 18 клапаны теплового аккумулятора 19, и воздух выталкиваемый поршнем 5 из нижнего цилиндра 4 через впускной 17 и выпускной 18 клапаны, тепловой аккумулятор 19 поступает в верхний цилиндр 2. В этот момент времени происходит увеличение давления на такте расширения путем добавления в горячие газы и смешивания с ними высоко сжатого и прогретого в тепловом аккумуляторе 19 воздуха.In the engine boost mode at peak loads, in contrast to the idle mode, at the second cycle of the operating cycle, the electromagnetic valve 21 opens, and the compressed air from the receiver 22 enters the lower cylinder 4, expanding, creates pressure on the piston 5, doing useful work. At the beginning of the third cycle, the inlet 17 and outlet 18 valves of the heat accumulator 19 are opened, and the air pushed by the piston 5 from the lower cylinder 4 through the inlet 17 and outlet 18 valves, the heat accumulator 19 enters the upper cylinder 2. At this point in time, the pressure on the cycle increases expansion by adding to hot gases and mixing with them highly compressed and heated in the heat accumulator 19 air.

На режиме пуска холодного двигателя степень сжатия увеличивается за счет закрытия впускного клапана 14 охладителя 16 на втором такте рабочего цикла и прекращения подачи сжимаемого воздуха из верхнего цилиндра 2 в нижний цилиндр 4.In the cold start mode, the compression ratio is increased by closing the intake valve 14 of the cooler 16 at the second cycle of the duty cycle and stopping the supply of compressible air from the upper cylinder 2 to the lower cylinder 4.

Токсичность отработавших газов проходящих через каталитический нейтрализатор 20 снижается, параллельно этому температура отработавших газов повышается, что способствует увеличению температуры теплового аккумулятора 19 и повышению мощностных показателей двигателя на режиме форсирования.The toxicity of the exhaust gases passing through the catalytic converter 20 decreases, in parallel with this, the temperature of the exhaust gases increases, which contributes to an increase in the temperature of the heat accumulator 19 and an increase in engine power ratings in the boost mode.

Снижение температуры воздуха в охладителе воздуха 23 нагнетаемого в ресивер 22 позволяет при прежнем объеме ресивера повысить его энергоемкость, что способствует увеличению массы подаваемого воздуха на режимах форсирования двигателя на пиковых нагрузках.The decrease in air temperature in the air cooler 23 injected into the receiver 22 allows you to increase its energy consumption with the same volume of the receiver, which contributes to an increase in the mass of the supplied air in the engine boost modes at peak loads.

Применение оппозитного кривошипно-шатунного механизма 1 позволяет выполнить объемы верхнего цилиндра 2 большим относительно нижнего цилиндра 4, что способствует улучшению индикаторных показателей.The use of the opposed crank mechanism 1 allows the volumes of the upper cylinder 2 to be large relative to the lower cylinder 4, which contributes to the improvement of indicator indicators.

По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном двигателе снижена токсичность выбрасываемых в атмосферу отработавших газов, осуществлено повышение показателей двигателя на пиковых нагрузках увеличением среднего эффективного давления на такте расширения путем использования энергии высоко сжатого воздуха, накопленного за счет рекуперации энергии на режиме торможения и холостого хода в ресивере, и увеличения температуры теплового аккумулятора.Compared with the prototype, the proposed combined engine reduced the toxicity of exhaust gases emitted into the atmosphere, increased engine performance at peak loads by increasing the average effective pressure at the expansion stroke by using the energy of highly compressed air accumulated due to energy recovery during braking and idling in the receiver , and increase the temperature of the heat accumulator.

Claims (1)

Комбинированный двигатель, содержащий верхний рабочий объем, снабженный впускными и выпускными клапанами, форсункой, оборудованной электромагнитным клапаном, соединенный коллектором с нижним рабочим объемом с электромагнитным клапаном и ресивером через охладитель и тепловой аккумулятор впускными и выпускными клапанами охладителя и теплового аккумулятора, отличающийся тем, что кривошипно-шатунный механизм оппозитный с цилиндрами и поршнями разного диаметра связан с охладителем воздуха ресивера и каталитическим нейтрализатором в тепловом аккумуляторе.

A combined engine containing an upper working volume, equipped with inlet and exhaust valves, an injector equipped with a solenoid valve, connected by a collector to the lower working volume with a solenoid valve and a receiver through a cooler and a heat accumulator, the inlet and outlet valves of a cooler and a heat accumulator, characterized in that it is cranked the opposing connecting rod mechanism with cylinders and pistons of different diameters is connected to the air cooler of the receiver and the catalytic converter in t thermal battery.