RU2076216C1 - Internal combustion engine with doubled number of cylinders - Google Patents
Internal combustion engine with doubled number of cylinders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2076216C1 RU2076216C1 RU93037449A RU93037449A RU2076216C1 RU 2076216 C1 RU2076216 C1 RU 2076216C1 RU 93037449 A RU93037449 A RU 93037449A RU 93037449 A RU93037449 A RU 93037449A RU 2076216 C1 RU2076216 C1 RU 2076216C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinders
- engine
- cylinder
- combustion chamber
- compressed air
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (д.в.с.), предназначенным для любых видов транспорта, а также для любых машин, использующих в качестве двигателей д.в.с. The invention relates to internal combustion engines (engine), intended for all types of vehicles, as well as for any machines using engine engines as engines
Используемые д.в.с. являющиеся аналогом предлагаемого д.в.с. имеют малый КПД, малую удельную мощность большую металлоемкость, малый ресурс безаварийной работы. Used dvs being analogous to the proposed d.s. They have low efficiency, low specific power, large metal consumption, and a small resource of trouble-free operation.
Прототипом предлагаемого д.в.с. является дизельный д.в.с. имеющий наибольший КПД из известных д.в.с. и по этой причине имеет наибольшее применение. Однако одновременно дизельный д.в.с. имеет наименьшую удельную мощность большую металлоемкость по сравнению, например, с бензиновыми д.в.с. что препятствует его применению для воздушного транспорта и легковых автомобилей. The prototype of the proposed d.s. is a diesel engine having the highest efficiency of the known d.v.s. and for this reason has the greatest application. However, at the same time, the diesel engine has the lowest power density, greater metal consumption compared, for example, with gasoline engine which prevents its use for air transport and cars.
Предлагаемый д.в.с. существенно уменьшает все отмеченные недостатки д.в. с. и прежде всего дизельного д.в.с. в результате чего он может найти широкое применение взамен известных д.в.с. всех типов и назначений, так как он может работать как в режиме дизеля на дизельном топливе, так и в режиме бензинового д.в.с. на бензине и керосине. Proposed d.v.s. significantly reduces all noted deficiencies from. and above all diesel engine as a result of which it can find wide application instead of the well-known d.v.s. all types and purposes, since it can work both in diesel mode on diesel fuel, and in gasoline diesel engine mode on gasoline and kerosene.
Предлагаемый д.в.с. является принципиально новым д.в.с. в котором удвоено число цилиндров, расположенных соосно и приходящихся на один кривошипно-шатунный механизм, а камеры сгорания за один рабочий ход поршня реализуют до 5 и более воспламенений топливной смеси, при этом одна камера сгорания работает на 6 цилиндров, в результате чего в несколько раз увеличивается удельная мощность предлагаемого двигателя и повышается его КПД по сравнению с принятым прототипом. К тому же соосная установка верхних цилиндров над нижним и жесткое соединение их поршней штоком позволила в 2 раза увеличить средний (за один оборот коленчатого вала) крутящий момент, приложенный кривошипно-шатунным механизмом к коленчатому валу, за счет того, что во время рабочего хода вверх верхнего поршня создается сила тяги, передаваемая шатуном на цеху коленчатого вала. Кроме того, в камеру сгорания поступает сжатый воздух от отдельно работающего компрессора, что также увеличивает удельную мощность и КПД предлагаемого д.в.с. работающего с двухтактном режиме. Proposed d.v.s. is a fundamentally new d.v.s. in which the number of cylinders located coaxially and falling on one crank mechanism is doubled, and the combustion chambers realize up to 5 or more ignitions of the fuel mixture in one stroke of the piston, with one combustion chamber working on 6 cylinders, resulting in several times the specific power of the proposed engine increases and its efficiency increases compared with the adopted prototype. In addition, the coaxial installation of the upper cylinders above the lower and the rigid connection of their pistons by the rod made it possible to increase by 2 times the average (for one revolution of the crankshaft) torque applied by the crank mechanism to the crankshaft due to the fact that during the up stroke the upper piston creates traction, transmitted by the connecting rod to the crankshaft workshop. In addition, compressed air from a separately operating compressor enters the combustion chamber, which also increases the specific power and efficiency of the proposed combustion engine. working with push-pull mode.
Подача сжатого воздуха в камеру сгорания существенно упрощает запуск д. в. с. уменьшает необходимую мощность стартера, который с предлагаемом д.в.с. используется для запуска компрессора с помощью пускового компрессора, потребляющего меньшую мощность для своего пуска, в результате чего уменьшается масса и стоимость аккумуляторов и стартера, а также уменьшается время запуска д.в.с. при отрицательной температуре. The supply of compressed air to the combustion chamber greatly simplifies the start of the combustion engine. from. reduces the required power of the starter, which with the proposed d.v.s. It is used to start the compressor with the help of a starting compressor, which consumes less power for its start-up, as a result of which the mass and cost of the batteries and starter are reduced, as well as the start-up time of the engine at a negative temperature.
Преимуществом предлагаемого д.в.с. является то, что он не заглохнет при любой нагрузке на карданный вал, а крутящий момент карданного вала возрастает с увеличением внешней нагрузки на двигатель, что позволяет или не иметь коробку передач или заменить ее на более простую и надежную в эксплуатации коробку планетарного типа, являющейся одновременно муфтой сцепления. Такая муфта сцепления предложена мной в патенте взамен авт.св. СССР N 1366682 на энергетический комплекс (п. 4 формулы изобретения). The advantage of the proposed d.s. It is that it does not stall at any load on the driveshaft, and the torque of the driveshaft increases with an increase in the external load on the engine, which allows or not to have a gearbox or replace it with a simpler and more reliable planetary gearbox, which is simultaneously clutch. Such a clutch was proposed by me in the patent instead of auto USSR N 1366682 for the energy complex (
Существенное значение для уменьшения тепловых потерь имеет сферическая форма камеры сгорания, ее термоизоляция, устройство сферических камер для сжатого воздуха и отсутствие жесткой кинематической связи между работой камеры сгорания и кривошипно-шатунного механизма, что также увеличивает КПД двигателя. The spherical shape of the combustion chamber, its thermal insulation, the arrangement of spherical chambers for compressed air and the absence of a rigid kinematic connection between the operation of the combustion chamber and the crank mechanism, which also increases the efficiency of the engine, are essential for reducing heat loss.
Отмеченные преимущества предлагаемого д.в.с. позволяют в 3 4 раза увеличить его удельную мощность по сравнению с прототипом, повысить его КПД и ряд других эксплуатационных характеристик. The noted advantages of the proposed d.s. allow 3 to 4 times to increase its specific power compared with the prototype, to increase its efficiency and a number of other operational characteristics.
На фиг. 1 дано сечение В В на фиг. 3 блока цилиндров; на фиг. 2 - сечение А А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б Б на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 4 сечение В В на фиг. 3; на фиг. 5 шестерни соединяющие коленчатые валы; на фиг. 6 осевое сечение втулки штока; на фиг. 7 сечение Б Б на фиг. 1 части камеры сгорания в увеличенном виде; на фиг. 8 сечение основного компрессора Г Г на фиг. 9; на фиг. 9 сечение Б Б на фиг. 8; на фиг. 10 сечение Д Д на фиг. 3 цилиндрического клапана; на фиг. 11 схема работы центрального клапана; на фиг. 12 графики работы поршней д.в.с. на фиг. 13 индикаторная диаграмма работы поршня. In FIG. 1 shows section B B in FIG. 3 cylinder blocks; in FIG. 2 is a section A A in FIG. one; in FIG. 3 section B B in FIG. 1 enlarged view; in FIG. 4, section B B in FIG. 3; in FIG. 5 gears connecting crankshafts; in FIG. 6 axial section of the stem sleeve; in FIG. 7 section B B in FIG. 1 part of the combustion chamber in an enlarged form; in FIG. 8 is a sectional view of the main compressor GG in FIG. 9; in FIG. 9 section B B in FIG. eight; in FIG. 10 section D D in FIG. 3 cylinder valves; in FIG. 11 diagram of the central valve; in FIG. 12 piston diagrams in FIG. 13 indicator diagram of the piston.
Д. в.с. имеет блок цилиндров 1, оголовник 2 и 3, основной компрессор 4 с баллоном для сжатого воздуха, водяной насос 5 с баком для воды, аккумуляторы 6 с электрооборудованием, топливный насос 7 и масляный насос 8. D.S. it has a
Блок цилиндров 1 объединяет шесть пар нижних и верхних цилиндров 9 и 10, установленных соосно в верхней и нижней рубашках 11 водяного охлаждения. Поршни 12 и 13 соответственно нижних и верхних цилиндров 9 и 10 жестко соединены со штоком 14, проходящим через втулку 15, соединяющую торцевые основания 16 и 17 цилиндров 8 и 9. Поршень 12 через оси 18 и 19 соединен шатуном 20 с коленом 21 одного из трех коленчатых валов 22, 23 и 24, установленных параллельно друг другу в картере 25. На концах коленчатых валов 22, 23 и 24 закреплены шестерни 26, 27 и 28, между которыми установлены шестерни-сателлиты 29. С шестерней 26 находится в зацеплении шестерня датчика 30 электрических импульсов, определяющего скорость вращения коленчатых валов 22, 23 и 24. Цилиндры 9 и 10 имеют клапаны 31 на выхлопных трубах 32 выпуска выхлопных газов. Цилиндры 10 имеют клапан 33 пуска воздуха и клапан 34 выпуска сжатого воздуха через патрубок 35 в баллон 36 со сжатым воздухом. The
Оголовники 2 и 3 имеют одинаковое устройство, верхний оголовник 2 предназначен для снабжения газами нижних цилиндров 9, нижний оголовник 3 для снабжения газами верхних цилиндров 10. Оголовники 2 и 3 имеют сферическую камеру сгорания 37, образованную жаростойким термоинерционным (теплоемким) сплавом 38, между которым и корпусом оголовника установлена термоизолирующая прокладка 39; камеры 40 со сжатым воздухом, образованные сферическими поверхностями концентрическими относительно камеры сгорания 37 и меридиально расположенными поясами 41, соединяющими наружную и внутреннюю части корпуса оголовника; термоизолирующую прокладку 42, образующую наружную сферическую поверхность камер со сжатым воздухом; конусные трубки 43, соединяющие камеры 37 и 40; патрубки 44, соединяющие камеры 40 с трубами 45, идущими от баллона 36 со сжатым воздухом; форсунку 46, соединенную трубкой 47 с топливным насосом 7; цилиндрический клапан 48 с каналом 49, соединяющим камеру сгорания 37 с газоводом 50; при этом верхний и нижний цилиндрические клапаны 48 оголовника 2 и 3 вращаются шаговым электродвигателем 51, скорость вращения которого определяется частотой электрических импульсов, получаемых от датчика 30. Каналы 49 верхнего и нижнего клапана 48 установлены так, что соединяют камеры сгорания 37 с газоводами 50 взаимно противоположных направлений. Ogolovniki 2 and 3 have the same device, the
Оголовники2 и 3 имеют электросвечи 52, установленные в камере сгорания 37 (фиг. 7) электронагреватели 53, установленные в камерах 40 для нагревания в них сжатого воздуха при запуске д.в.с. Ogolovniki 2 and 3 have
Втулка 15, через которую проходит шток 14, имеет в средней части кольцевую фаску 54, соединенную с маслопроводом 55 с масляным насосом 8, и кольцевые фаски 56 с установленными в них разъемными маслосъемными кольцами 57. The
Смазка поршня 13 производится с помощью устройства 58, установленного на верхнем торцевом основании цилиндра 10 и на верхней части поршня 13. Устройство 58 заимствовано из авт.св. N 1709019 от 11.07.89 на устройство ударного действия. Lubrication of the
На нижнем торцевом основании цилиндра 10 и на верхнем торцевом основании цилиндра 9 установлены электродатчики 59 положения поршней 12 и 13. Поршни 12 и 13 изготавливаются из того же материала, что и цилиндры 8 и 9, например из стали или из другого материала, имеющего такой же коэффициент температурного расширения, что и материал, из которого изготовлены цилиндры 9 и 10. Внутренние торцевые поверхности цилиндров имеют термоизолирующее покрытие. Такое же покрытие имеют внутренние стенки цилиндров 9 и 10, а также шток 14 и газоводы 50. On the lower end base of the
Все электрические устройства д.в.с. (электросвечи 52, электродатчики 59, компьютер, установленный в кабине водителя) получают электроэнергию от аккумуляторов 6, преобразованную соответствующим электрооборудованием 60. Аккумуляторы 6 подзаряжаются во время работы двигателя от электрогенератора 61, который как и насосы 5, 7 и 8, имеет привод от шестерней 26 и 28. All electrical devices (
Основной компрессор 4 (фиг. 8 и 9) имеет устройство. аналогичное устройству блока цилиндров 1 и оголовников 2 и 3 за исключением нижних цилиндров 9 блока цилиндров 1, которые заменены в компрессоре 4 на цилиндры 10, зеркально расположенные относительно верхних цилиндров 10. При этом отношение линейных размеров оголовников 2 и 3 и цилиндров 10 компрессора 4 к линейным размерам блока цилиндров 1 и оголовников 2 и 3 равно 1 к 2, 6. The main compressor 4 (Fig. 8 and 9) has a device. similar to the arrangement of
Учитывая вышеизложенное, номера позиций деталей компрессора, аналогичных по устройству деталям блока цилиндров 1 и оголовников 2 и 3, оставлены без изменения. По этой причине описание устройства компрессора 4 и способа его работы дано только в части, отличающей его от устройства и работы блока цилиндров и оголовников 2 и 3. Considering the above, the position numbers of compressor parts, similar in design to the details of the
На фиг. 9 не показаны детали, данные на фиг. 3, 4 и 7, которые полностью отражают устройство камеры сгорания оголовников 2 и 3 компрессора 4. In FIG. 9, the details shown in FIG. 3, 4 and 7, which fully reflect the device of the combustion chamber of the
Клапаны 33 основного компрессора 4 и компрессоров цилиндра 10 блока цилиндров 1 имеют устройство дистанционной регулировки давления сжатого воздуха, поставляемого в баллон 36 со сжатым воздухом. В отличии от клапана 33 блока цилиндров 1 этот клапан не имеет стопорного устройства, оставляющего клапан открытым. The
Ориентировочный расчет основных характеристик работы и эффективности двигателя. An approximate calculation of the main characteristics of the work and engine efficiency.
Целью расчета будет сравнение полученных данных предлагаемого двигателя с наиболее эффективным современным дизельным двигателем, нашедшим широкое распространение в автомобилях, морских и речных судах, на железнодорожном транспорте, в стационарных энергетических установках. The purpose of the calculation will be to compare the obtained data of the proposed engine with the most efficient modern diesel engine, which is widely used in cars, sea and river vessels, in rail transport, in stationary power plants.
По сравнению с дизельным двигателем в предлагаемом д.в.с. камера сгорания, равная по объему, работает с частотой, в 15 раз большей, независимо от работы кривошипно-шатунного механизма. Благодаря этому мощность, вырабатываемая камерой сгорания, в 15 раз превышает мощность, вырабатываемую камерой сгорания дизеля, что позволило иметь одну камеру сгорания на шесть цилиндров. Compared to the diesel engine in the proposed engine. the combustion chamber, equal in volume, operates with a frequency of 15 times greater, regardless of the operation of the crank mechanism. Due to this, the power generated by the combustion chamber is 15 times higher than the power generated by the diesel combustion chamber, which made it possible to have one combustion chamber for six cylinders.
Кроме того, такая скорость работы камеры сгорания, равная 7, 5 воспламенений за 1 оборот коленчатого вала дизельного двигателя, позволила в четыре раза уменьшить скорость вращения коленчатого вала. Увеличение в 4 раза времени оборота коленчатого вала дает уже 30 воспламенений за 1 оборот коленчатого вала. При этом каждый из шести цилиндров получает продукты горения от 5 воспламенений и имеет объем, в 5 раз больший объема цилиндра дизельного д. в.с. За два оборота коленчатого вала каждый цилиндр получить в 10 раз больше продуктов сгорания, чем дизельный д.в.с. но затратит в 4 раза больше времени. In addition, such a speed of the combustion chamber, equal to 7, 5 ignitions per 1 revolution of the crankshaft of a diesel engine, allowed to reduce the rotational speed of the crankshaft by four times. A 4-fold increase in the crankshaft revolution time already gives 30 ignitions per 1 revolution of the crankshaft. Moreover, each of the six cylinders receives combustion products from 5 ignitions and has a
Поршень 12 соединен штоком 14 с поршнем 13, который производит рабочий ход тогда, когда поршень 12 имеет холостой ход. В результате этого шатун 20 передает на коленчатый вал не только момент силы давления поршня 12 вниз на колено 21, но также и момент силы тяги поршня 13 вверх на колено 21, что в два раза увеличивает мощность, передаваемую кривошипом на коленчатый вал. Следовательно, на одно колено коленчатого вала будет передаваться мощность от двух цилиндров, в 5 раз большая, чем у дизеля. При этом равномерность подачи крутящего момента на коленчатый вал в 4 раза большая, чем у дизеля, в результате чего отпадает необходимость в маховике, и в 4 раза уменьшается масса коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом, приходящаяся на 1 кВт мощности д.в.с. и не менее чем в 4 раза увеличивается срок службы этих механизмов и коленчатого вала. The
С учетом того, что скорость движения поршня уменьшится в 2,8 раза по сравнению со скоростью движения поршня в цилиндре дизеля, а воздействие перепада температур и нагрузок уменьшится почти в 2 раза, долговечность работы поршня и цилиндра увеличится в предлагаемом двигателе в 2 3 раза. Given the fact that the piston speed decreases by 2.8 times compared with the speed of the piston in the diesel cylinder, and the influence of temperature and load drops decreases by almost 2 times, the durability of the piston and cylinder will increase in the proposed engine by 2 3 times.
С учетом того, что в предлагаемом д.в.с. нет клапанов в камере сгорания, являющихся наиболее ненадежной частью дизельного двигателя, и нет распределительного вала с кулачками для клапанов, а камера сгорания приходится на 6 цилиндров, то можно принять, что долговечность (ресурс работы) предлагаемого двигателя в 4 раза больше, чем у дизельного двигателя. Given the fact that in the proposed d.v.s. there are no valves in the combustion chamber, which are the most unreliable part of the diesel engine, and there is no camshaft with cams for valves, and the combustion chamber has 6 cylinders, it can be assumed that the durability (service life) of the proposed engine is 4 times that of a diesel engine.
На фиг. 13 дана индикаторная диаграмма работы поршней предлагаемого двигателя сплошной линией и дизельного д.в.с. пунктирной линией, отражающей графически вышеупомянутые процессы. Для построения индикаторной диаграммы по горизонтальной оси отложены объемы цилиндров. За единицу объемов принят объем цилиндра четырехтактного дизельного д.в.с. у которого один рабочий ход поршня приходится на два оборота коленчатого вала. За два оборота коленчатого вала в предлагаемом д.в.с. выполняется два рабочих хода поршня, поэтому для получения сравнительных диаграмм объем цилиндра предлагаемого д.в.с. удвоен и принят равным 10 объемам цилиндра дизельного д.в.с. In FIG. 13 is an indicator diagram of the pistons of the proposed engine with a solid line and diesel engine. a dotted line graphically reflecting the above processes. To build an indicator chart on the horizontal axis, cylinder volumes are plotted. The unit volume is the cylinder volume of a four-stroke diesel engine. in which one stroke of the piston occurs in two turns of the crankshaft. For two turns of the crankshaft in the proposed engine. two piston strokes are performed, therefore, to obtain comparative diagrams, the cylinder volume of the proposed engine doubled and taken equal to 10 cylinder volumes of diesel engine
По вертикальной оси отложены давление газов в кг/см2. На диаграммах нанесены характерные точки работы поршней, обозначенные цифрами. На диаграмме дизельного д.в.с. цифры даны на выносках, а на диаграмме предлагаемого д.в. с. цифры поставлены рядом с точками.The vertical axis represents the gas pressure in kg / cm 2 . The diagrams show the characteristic points of piston operation, indicated by numbers. On the diesel engine diagram figures are given on callouts, and on the diagram of the proposed AI from. numbers are placed next to dots.
Точка 1 ВМТ диаграммы дизельного д.в.с. воспламенение топливной смеси, при котором давление в цилиндре поднимается до 150 кг/см2. Точка 1 ВМТ положения поршня на диаграмме предлагаемого д.в.с. имеет давление 80 кг/см2, которое возникает в цилиндре во время начального момента соединения газовода 50 цилиндра 9 клапаном 48 с камерой сгорания 37. Движение поршня вниз происходит под давлением газов, поступающих в цилиндр 9 из камеры сгорания 37 при открытом клапане 48. При повороте клапана 48 на 120oС он перекроет газовод 50. Эта точка обозначена на графике цифрой 2. За точкой 2 дальнейшее движение поршня происходит без подпитки цилиндра 9 газами камеры 37. В точке 3 при давлении 4 5 кг/см2 открывается клапан 31 выхлопной трубы, после чего давление падает до 2 1 кг/см2 в точке 4. Движение поршня при холостом ходу происходит при открытом клапане 31 и давлении 2 1 кг/см2 до ВМТ точки 5, в которой клапан 31 закрывается, а клапан 48 начинает открываться, создавая давление до 80 кг/см2 и превращая точку 5 в точку 1.
Площади, замкнутые линиями диаграммы между точками 1, 2, 3, 4 и 5, пропорциональны работе поршней цилиндров, имеющих эквивалентный объем (т.е. объем, приведенный к двум оборотам коленчатого вала). Во сколько раз площадь диаграммы предлагаемого двигателя больше площади диаграммы дизеля, во столько раз мощность предлагаемого двигателя будет больше, чем мощность дизеля с равным числом цилиндров и при равном объеме камер сгорания каждого цилиндра дизеля объему одной камеры сгорания, приходящейся на 6 цилиндров предлагаемого д.в.с. Площадь диаграммы предлагаемого д.в.с. на фиг. 13 более чем в 10 раз превосходит площадь диаграммы дизеля, следовательно, мощность предлагаемого д.в.с. будет более чем в 10 раз превосходить мощность дизеля. Давление в цилиндре дизеля в Вмт почти в 2 раза выше давления в Вмт в цилиндре предлагаемого д. в.с. Учитывая, что температура газов пропорциональна их давлению, можно считать, что стенки цилиндров предлагаемого д.в.с. могут быть вдвое тоньше, чем у дизеля, а тепловые потери через них уменьшатся не менее чем в 2 раза по сравнению с тепловыми потерями цилиндров дизеля, так как эти потери будут пропорциональны абсолютной температуре газов в степени, большей чем 2. The areas enclosed by the lines of the diagram between
Сравнивая конструкции этих д.в.с. можно принять, что масса предлагаемого двигателя будет в 2 раза больше, чем масса дизеля с таким же числом цилиндров при мощности предлагаемого д.в.с. более чем в 10 раз большей чем у дизеля, следовательно, удельная мощность предлагаемого д.в.с. будет более чем в 5 раз превосходить удельную мощность дизеля. Comparing the designs of these d.v.s. we can assume that the mass of the proposed engine will be 2 times greater than the mass of a diesel engine with the same number of cylinders at the power of the proposed engine. more than 10 times greater than that of a diesel engine, therefore, the specific power of the proposed engine will be more than 5 times higher than the diesel power density.
Отделение камеры сгорания от цилиндров позволило уменьшить тепловые потери цилиндров и уменьшить объем воды, необходимой для их охлаждения, так как в цилиндры поступают продукты сгорания с существенно меньшей максимальной температурой воспламенения топлива. На этом воздействие максимальной температуры воспламенения топлива на термоинерционный корпус 38 камеры сгорания и на корпус оголовников 2 и 3 компенсируется соответствующим нагревом сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания 37. Таким образом, оголовник и корпус 38 камеры сгорания охлаждаются сжатым воздухом, возвращающим тепловую энергию в камеру 37, которая повышает температуру и давление газов во время горения топлива, что увеличивает КПД предлагаемого д.в.с. по сравнению с дизелем. Кроме того, за счет уменьшения скорости движения поршней и кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом уменьшаются в 2 3 раза потери на трение, приходящееся на 1 кВт мощности двигателя, что также увеличивает КПД двигателя. К тому же в дизельном двигателе на 1 рабочий ход поршня приходится два оборота коленчатого вала и три холостых хода поршня, а в предлагаемом двигателе в 3 раза меньше холостых ходов поршней и нет холостого хода у кривошипно-шатунного механизма. С учетом вышеизложенных преимуществ предлагаемого д. в. с. его КПД будет выше, чем КПД дизельного двигателя на 20 - 30% и в 2 раза выше, чем у карбюраторных автотракторных д.в.с. The separation of the combustion chamber from the cylinders made it possible to reduce the heat loss of the cylinders and to reduce the volume of water necessary for their cooling, since the combustion products with a significantly lower maximum ignition temperature of the fuel enter the cylinders. On this, the effect of the maximum ignition temperature of the fuel on the
Большим преимуществом предлагаемого д.в.с. перед всеми известными д.в.с. является возможность его работы на различных видах жидкого топлива с различным октановым числом в диапазоне от дизельного топлива до бензина. Такая возможность может быть обеспечена регулировкой клапана подачи сжатого воздуха из компрессора, в результате которой воздух в камеру сгорания будет поступать с той степенью сжатия (т.е. с тем давлением), которая соответствует используемому виду топлива. Данное преимущество предлагаемого д.в.с. имеет особо важное значение для военных машин, снабжение которых горючим осложнено спецификой их применения. The great advantage of the proposed d.s. in front of all the famous d.s. is the possibility of its operation on various types of liquid fuels with different octane numbers in the range from diesel to gasoline. This possibility can be provided by adjusting the valve for supplying compressed air from the compressor, as a result of which air will enter the combustion chamber with the compression ratio (i.e., with that pressure) that corresponds to the type of fuel used. This advantage of the proposed d.s. It is especially important for military vehicles, the supply of which is complicated by the fuel specifics of their application.
Отделение камеры сгорания от цилиндров дало предлагаемому д.в.с. новое весьма существенное преимущество, заключающееся в том, что с увеличением внешней нагрузки увеличивается крутящий момент, передаваемый на коленчатый вал, и двигатель не глохнет, а продолжает работать. Такая возможность реализуется в результате того, что с уменьшением скорости вращения коленчатого вала уменьшается скорость вращения цилиндрического клапана 48 соответствующим уменьшением частоты электроимпульсов, поступающих от датчика 30 в шаговый электродвигатель 51. В цилиндры подается больше продуктов сгорания топлива, давление в них повышается и увеличивается сила воздействия поршней на кривошипно-шатунный механизм. При этом немного снижается КПД двигателя. The separation of the combustion chamber from the cylinders gave the proposed combustion engine a new very significant advantage, namely, that with an increase in external load, the torque transmitted to the crankshaft increases, and the engine does not stall, but continues to work. This possibility is realized as a result of the fact that with a decrease in the rotational speed of the crankshaft, the rotation speed of the
Если нагрузка уменьшается, то увеличивается скорость вращения коленчатого вала, увеличивается частота электроимпульсов, вырабатываемых датчиком 30, увеличивается скорость вращения шагового двигателя 51 и цилиндрического клапана 48, в результате чего уменьшается количество газов, попадающих в цилиндры на один рабочий ход поршня и уменьшается крутящий момент, приложенный к коленчатому валу. В соответствии с увеличением скорости работы поршней уменьшается и давление газов на них во время их рабочего хода. К тому же системой управления (компьютером) двигателя может уменьшаться частота работы форсунки 46 и электросвечей 52 в зависимости от частоты электроимпульсов датчика 30 с целью лучшего согласования внешней нагрузки на двигатель с величиной крутящего момента, передаваемого коленчатому валу. If the load decreases, the rotation speed of the crankshaft increases, the frequency of the electric pulses generated by the
Наличие таких устройств, в больших пределах изменяющих крутящий момент коленчатого вала в зависимости от нагрузки на двигатель, позволяет или существенно упростить коробку передач, или заменить ее на муфту сцепления (патент N 1366682 на энергетический комплекс) п. 4 формулы изобретения. Такая замена повысит надежность работы транспортной машины, упростит ее устройство и управление ею. The presence of such devices, which to a large extent change the torque of the crankshaft depending on the load on the engine, allows either to significantly simplify the gearbox, or replace it with a clutch (patent N 1366682 for the energy complex) of
Благодаря наличию основного компрессора, а также устройств 30, 51 и 53 существенно упрощается запуск двигателя на любом морозе, так как вначале запускается компрессор 4 и одновременно включается электронагреватель 53. В камеру сгорания 37 начинает поступать нагретый сжатый воздух, который через клапан 48 и газоводы 51 поступает в два (верхний и нижний) цилиндра, повышает давление до величины достаточной, чтобы создать необходимый момент вращения коленчатого вала. Due to the presence of the main compressor, as well as
С началом поворота коленчатого вала включаются электросвечи 52 и форсунки 46, так как к этому моменту в камере сгорания повышается давление и температура до величины, достаточной для воспламенения топливной смеси. Двигатель начинает работать, электронагреватель 53 выключают и через 2 3 мин д.в. с. может быть включен под нагрузку. As the crankshaft begins to turn,
Запуск компрессора 4, потребляющего для запуска в 20 раз меньшую мощность, чем двигатель, производится аналогичным образом с помощью пускового компрессора, работающего от аккумулятора и имеющего мощность, в 100 раз меньшую, чем мощность двигателя, и в 5 раз меньшую, чем мощность компрессора 4. Для запуска компрессора 4 потребуется не более 2 мин, следовательно, запуск предлагаемого двигателя может быть выполнен за 5 6 мин даже при сильном морозе. The start of
Возможность запуска д. в. с. при отрицательных температурах за 5 6 мин имеет большое значение для военных машин, для машин, используемых на севере страны и, особенно, в экспедиционных условиях. The ability to run d. from. at negative temperatures in 5-6 minutes it is of great importance for military vehicles, for vehicles used in the north of the country and, especially, in expeditionary conditions.
Во время работы двигателя в установившемся режиме компрессор, встроенный в верхнюю часть цилиндра 10, обеспечивает сжатым воздухом около половины потребности в нем двигателя, уменьшая на 10% мощность верхнего поршня. С целью компенсации затраты мощности поршня 13 на сжатие воздуха диаметр цилиндра 10 и поршня 13 увеличен по сравнению с диаметром цилиндра 9 и поршня 12 в 1,5 раза (на 5%). В соответствии с этим оголовник 3 имеет на 10% большую производительность (мощность) по сравнению с оголовником 2. During operation of the engine in steady state, the compressor built into the upper part of the
При работе д. в. с. на холостом ходу, при малых нагрузках и при пуске двигателя клапан 33 стопорится в открытом положении и тем самым верхняя часть цилиндра 10 перестает работать как компрессор и работает как дополнительное воздушное охлаждение, которое может улучшить условия эксплуатации д. в.с. в жаркое время года. В зимнее время года при работе двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках клапан 33 не стопорится, а выключается основной компрессор 4. При выключении компрессора 4 уменьшается давление сжатого воздуха, поступающего в камеры сгорания 37, уменьшается частота включения форсунок 46 и электросвеч 52 и как следствие этого уменьшается мощность д.в. с. и расход топлива. Выключение и включение компрессора 4 может производить водитель или компьютер по заданной программе. When working at. from. at idle, at light loads and when starting the engine, the
Для расчета работы камеры сгорания 37 блока цилиндров примем, что давление сжатого воздуха, поступающего в камеры 40, равно 15 кг/см2, избыток воздуха, поступающего в камеру сгорания, равен 10% (α 1,1), объем камеры сгорания равен 0,01 л (10 см3), частота воспламенений 200 в с. Тогда в камеру сгорания 37 будет поступать 2 л/с воздуха с давлением 15 кг/см2 или 15•2•103см3/с•1,4 г/см3 42 г/с и расходоваться топлива 42 г/с:16,5 2,6 г/с 9,8 кг/ч
При воспламенении топливной смеси выделится тепловая энергия, равная (2,6 г/с 200 1/с)•10000 кал/г 130 кал, которая повысит температуру топливной смеси при ее воспламенении на: 130 кал (0,21 г•0,22 кал/г град.) 2800o и давление до (2300 273o)•15 кг/см2 150 кг/см2
Через газовод 51 в цилиндры 9 и 10 будут поступать из камеры сгорания газы под давлением максимальным 150 кг/см2 и минимальным 15 кг/см2. Можно принять, что в газоводе 51 давление будет усредняться и в цилиндр будут поступать газы под средним давлением 80 100 кг/см2 в зависимости от положения цилиндрического клапана 48 и положения поршня в цилиндре.To calculate the operation of the
When the fuel mixture is ignited, thermal energy equal to (2.6 g / s 200 1 / s) • 10,000 cal / g 130 cal will be released, which will increase the temperature of the fuel mixture when it ignites by: 130 cal (0.21 g • 0.22 cal / g deg.) 2800 o and pressure up to (2300 273 o ) • 15 kg / cm 2 150 kg / cm 2
Through a gas duct 51, gases under pressure of a maximum of 150 kg / cm 2 and a minimum of 15 kg / cm 2 will flow from the combustion chamber into the
На индикаторной диаграмме (фиг. 13) в точке 1 ВМТ нахождения поршня и при начальной фазе соединения газовода 51 с камерой 37 цилиндрическим клапаном 48 принято давление газов, поступающих в цилиндр, равное 80 кг/см2. По мере нарастания скорости движения поршня будет увеличиваться почти по такому же закону поступление газов в цилиндр из камеры сгораниях В результате вращения клапана 48 через 1/3 времени рабочего хода поршня клапан 48 полностью соединит камеру сгорания с газоводом 51 и в цилиндр поступит весь газ, вырабатываемый камерой сгорания. Участок диаграммы до точки, соответствующей 1/3 времени рабочего хода поршня, будет почти параллелен горизонтальной оси объемов, на которой цифрами обозначены объемы цилиндра дизельного двигателя, имеющего равную по объему камеру сгорания с камерой 37 предлагаемого д.в.с.On the indicator diagram (Fig. 13) at the
В точке 2 диаграммы поршень будет находится, когда пройдет 2/3 времени его рабочего хода и в этот момент клапан 48 полностью перекроет горловину камеры 37 и в газовод 51 и далее в цилиндр перестанут поступать газы из камеры 37. Начиная с точки 2 кривая графика диаграммы будет плавно увеличивать наклон к горизонтальной оси в результате расширения газов без подпитки их от камеры 37. At
При подходе поршня 12 к НМТ поршень 13 заденет электродатчик 59, в результате чего откроется клапан 31 выхлопной трубы и при давлении в 5 4 кг/см2 начнут выходить газы из цилиндра 9, чему будет соответствовать участок между точками 3 и 4 диаграммы. Далее поршень 12 начнет холостой ход, во время которого избыточное давление в цилиндре 12 будет на уровне 1 кг/см2 вплоть до касания поршнем электродатчика 59 вблизи ВМТ, в результате чего в ВМТ закроется клапан 31 выхлопной трубы и начнет приоткрыться вращением клапана 48 камеpа 37 для данного цилиндра 9, а график диаграммы отразит этот процесс линией от точки 4 до точки 5 и от точки 5 до точки 1.When the
За время 0,1 с рабочего хода поршня каждый из 6 цилиндров получит от камеры сгорания газ в объеме 1/6•0,2 л при давлении 80 кг/см2 и температуре 1500o. При подходе к НМТ давление газов уменьшится до 5 кг/см2, а их температура понизится до 500o и газы будут занимать объем, равный 1/6•0,2 л (80 кг/см2 5 кг/см2) [(1500o -500o) 273o] 0,15 л, который и определит объем цилиндра. Принимая высоту цилиндра рабочей части, равную двум его радиусам, получим, что R3 150 см3 6,28 24 см3 и R 2,9 см. Высота цилиндра с учетом толщины поршня будет равна 8,6 см, высота блока цилиндров с картером будет 43 см, ширина блока цилиндра с рубашкой 11 водяного охлаждения будет 22 см (размеры взяты по фиг. 1 и 2), длина 34 см, объем 43•22•34 32000 см3 0,032 м3.During 0.1 s of the piston stroke, each of the 6 cylinders will receive gas from the combustion chamber in a volume of 1/6 • 0.2 l at a pressure of 80 kg / cm 2 and a temperature of 1500 o . When approaching the BDC, the gas pressure will decrease to 5 kg / cm 2 , and their temperature will drop to 500 o and the gases will occupy a volume equal to 1/6 • 0.2 l (80 kg /
Шесть цилиндров д.в.с. расходуют 2,6 г/с топлива. При КПД равном 50% их общая мощность будет равна: 2,6 г/см•10 ккал/г•4,18 кВт.с•0,5 62 кВт. Блок 1 состоящий из 12 цилиндров будет иметь мощность: 62 кВт•2 124 кВт
Литровую мощность цилиндров получим равной 10,3 кВт 15 л 70 кВт/л, что в 4 раза больше, чем у дизельного двигателя. Большая литровая мощность предлагаемого д. в. с. объясняется тем, что более чем на половине рабочего хода поршня над ним поддерживается высокое давление продуктов горения топлива, поступающих из камеры сгорания 37 в течение 2/3 времени рабочего хода поршня 9, в то время как у дизеля после воспламенения топливной смеси давление падает быстрее, чем увеличивается объем цилиндра над поршнем по сравнению с его объемом во время воспламенения топлива в камере сгорания. Кроме того, за 2 оборота коленчатого вала в цилиндре 9 поршень 12 производит два рабочих хода, а у дизельного двигателя только 1 рабочий ход.Six cylinder engine consume 2.6 g / s of fuel. When the efficiency is 50%, their total power will be: 2.6 g / cm • 10 kcal / g • 4.18 kWh • 0.5 62 kW.
The liter capacity of the cylinders is equal to 10.3 kW 15 l 70 kW / l, which is 4 times more than that of a diesel engine. Large liter capacity of the proposed d.v. from. due to the fact that more than half of the piston stroke above it maintains a high pressure of the fuel combustion products coming from the
Принимая, что масса двигателя равна 12 кг, получим удельную мощность предлагаемого д. в.с. равную 10 кВт/кг. Такая удельная мощность д.в.с. в 10 раз превышает удельную мощность дизельного двигателя и в 5 раз удельную мощность бензиновых д. в.с. обладающих наибольшей удельной мощностью среди известных д.в.с. Assuming that the mass of the engine is 12 kg, we obtain the specific power of the proposed D.V. equal to 10 kW / kg. Such
Работа камеры сгорания 37 в установившемся режиме производится в режиме свободных колебаний процессов по заполнению камеры 37 сжатым воздухом, впрыском в нее топлива через форсунку 46, самовоспламенением дизельного топлива или воспламенением бензинового топлива искрой электросвечей 52 и истечения выхлопных газов из камеры 37 в газовод 51 через канал 49 клапана 48. При этом сжатый воздух поступает в камеру 40 из баллона 36 по патрубкам 45 равномерным потоком, а в камеру 37 сжатый воздух поступает по конусным трубам 43 уже в колебательном режиме. Этот режим возникает в результате периодического воспламенения топливной смеси впрыском дизельного топлива через форсунку 46 или бензина с воспламенением от искры электросвечи 52. Период воспламенения топлива подбирается таким, каким обеспечивается максимальная производительность работы камеры сгорания 37, т.е. периодом свободных колебаний. Максимальная работа камеры сгорания 37 определяется по максимальной мощности д. в.с. (при заданной внешней нагрузке), возникающей при различных периодах впрыска дизельного топлива или включения свечей зажигания в случае использования бензина или другого топлива. The operation of the
В момент воспламенения топливной смеси в камере 37 основная часть выхлопных газов устремится в газовод 51, а небольшая часть газов поступит в конусные трубки 43, преодолевая поток сжатого воздуха, идущего из камер 40. At the moment of ignition of the fuel mixture in the
Выхлопные газы, вошедшие в узкие отверстия конусных трубок 43, продвигаясь по ним расширяются, теряя давление и скорость движения. В то же время в камеры 40 продолжает поступать сжатый воздух в силу инерции его движения. Не имея выхода в трубки 43, перекрытый выхлопными газами сжатый воздух увеличивает давление в камерах 40. Одновременно в камере 37 происходит быстрое снижение давления до уровня, ниже уровня давления сжатого воздуха в камерах 40, в результате чего настает момент времени, когда выхлопные газы, попавшие в трубки 43, выталкиваются сжатым воздухом в камеру 37 и далее в газовод 50, а камера сгорания 37 заполняется сжатым воздухом. В момент ее заполнения сжатым воздухом производится впрыск топлива из форсунки 46 и включение электросвечей 52 в случае такой необходимости, определяемой видом топлива. The exhaust gases entering the narrow openings of the
Во время прохождения сжатого воздуха через камеру 40 и трубки 43 оголовник 2 (3) охлаждается, а сжатый воздух, нагретый еще от термоинерционного корпуса 38 камеры 37, возвращает тепловую энергию в камеру сгорания, повышая температуру воспламенения и давление продуктов сгорания топлива и, тем самым, увеличивая КПД работы двигателя. During the passage of compressed air through the
Избыток сжатого воздуха в 10 20% целесообразно применять, учитывая его затрату на продувку трубок 43 и камеры 37 и на охлаждение оголовника и камеры 37. Диаметр, конусность и количество трубок 43 рассчитывается на заполнение камеры 37 в кратчайшие сроки, соответствующие максимальной интенсивности ее работы, а длина трубок 43 принимается такой, чтобы выхлопные газы, попавшие в них в момент воспламенения топливной смеси, не успели дойти до камеры 40. An excess of compressed air of 10 20% is advisable to apply, given its cost for purging the
Работа компрессора блока цилиндров 1 заключается во впуске засасывании воздуха в цилиндр 10 при движении поршня 13 вниз через клапан 34 одностороннего действия (только на впуск) и при выпуске сжатого воздуха в конце движения вверх поршня 13 в баллон со сжатым воздухом 36 через клапан 33, отрегулированный на заданное давление сжатого воздуха, соответствующее применяемому топливу. The operation of the compressor of the
Работа основного компрессора 4 слагается из вышеизложенной работы оголовников 2 и 3 и работы цилиндров 10, включая работу цилиндров 10 как компрессоров в блоке цилиндров 1. The operation of the
Сравнительную оценку работы предлагаемого д.в.с. с дизельным можно для наглядности изобразить в виде двух графиков работы поршней дизельного двигателя и предлагаемого д.в.с. Исходя из того, что работа равна произведению силы на путь, построим график для дизельного д.в.с. и предлагаемого, имеющих равный объем камер сгорания при объеме цилиндра предлагаемого д.в.с. в 5 раз больше, чем у дизеля и числе камер сгорания в 6 раз меньше, чем у дизеля. A comparative assessment of the work of the proposed d.s. with diesel, for clarity, depict in the form of two graphs of the pistons of a diesel engine and the proposed engine. Based on the fact that the work is equal to the product of force and the path, we construct a graph for the diesel engine. and the proposed, having an equal volume of combustion chambers with the volume of the cylinder of the proposed
Принимая, что ход поршня h 2R (что принято на фиг. 2), где R радиус между центрами 22 и 19, площадь поршня S ПR2 и рабочий объем цилиндра V h•S 5 объемов цилиндра дизеля.Assuming that the piston stroke is h 2R (as is customary in Fig. 2), where R is the radius between the
Получим: R3 0,8, R 0,93, h 1,86 для предлагаемого д.в.с. и S 2,9 при V5,
для дизеля V 1, S 1 и h 1.We get: R 3 0.8, R 0.93, h 1.86 for the proposed AI and S 2.9 at V5,
for
Сила давления на поршень F S•P, где S площадь поршня, а Р - давление газов на поршень. На горизонтальных осях графиков отложены силы F S•P в ВМТ для дизеля (верхний график) и предлагаемого д.в.с. (нижний график) с учетом давлений, указанных на диаграмме фиг. 13, в ВМТ точке 1 хода поршня дизельного д. в.с. к его поршню приложена F равная 160 единиц, в ВМТ точке 1 хода поршня предлагаемого д. в.с. к его поршню приложена сила равная 232 тех же единиц. The pressure on the piston is F S • P, where S is the area of the piston, and P is the gas pressure on the piston. On the horizontal axes of the graphs, the forces F S • P at TDC for the diesel engine (upper graph) and the proposed engine are plotted. (lower graph) taking into account the pressures indicated in the diagram of FIG. 13, at
По вертикальной оси нижнего графика отложена величина хода поршня предлагаемого двигателя равная 1,86 величины хода поршня дизельного д.в.с. На верхнем графике ход поршня дизеля равен 1. The vertical axis of the lower graph shows the piston stroke of the proposed engine equal to 1.86 of the piston stroke of a diesel engine. In the upper graph, the diesel piston stroke is 1.
Работа, выполненная одним поршнем 9 за два оборота коленчатого вала, равна площади, ограниченной линиями между точками 1, 2, 4 справа от вертикальной оси и далее 4, 2, 1 слева от вертикальной оси, и горизонтальной частью оси между точками 1, 5, 1. Работа, выполненная одним поршнем дизельного д.в.с. за два оборота коленчатого вала, равна площади верхнего графика между точками 1, 4 и 5 (обозначенными выносками) и участком горизонтальной оси от точки 5, имеющей на шкале F отсчет 20 до точки 1 (ВМТ), имеющей отсчет 160. Площадь графика между точками 4,0,5,4 это работа, выполненная кривошипным механизмом коленчатого вала дизельного д.в.с. за счет энергии маховика и она составляет отрицательную работу поршня, затраченную на сжатие воздуха и на трение при втором обороте коленчатого вала дизельного д.в.с. The work performed by one
Площадь графика для предлагаемого д.в.с. более чем в 10 раз превосходит площадь графика для дизельного д.в.с. с учетом работы для предлагаемой д.в. с. затраченной компрессорами на сжатие воздуха, поставляемого в камеру сгорания 37. The area of the graph for the proposed d.s. more than 10 times the plot area for diesel engine taking into account the work for the proposed AI from. expended by compressors to compress the air supplied to the
Из составленных графиков на фиг. 12 можно сделать вывод, что при равном числе оборотов коленчатых валов, сравниваемых двигателей, один поршень 9 предлагаемого д. в.с. выполнит в 10 раз больше полезной работы, чем поршень дизельного д.в.с. а так как износ предлагаемого и дизельного двигателей (их ресурс работы) можно принять в первом приближении равным для предлагаемого и дизельного д.в.с. при равном числе оборотов коленчатого вала, то износ предлагаемого д.в.с. в расчете на выработанный им 1 кВт/ч будет в 10 раз меньше износа дизельного д.в.с. From the graphs drawn in FIG. 12 we can conclude that with an equal number of revolutions of the crankshafts, the engines being compared, one
Определение КПД предлагаемого д.в.с. Determination of the efficiency of the proposed d.s.
Определение КПД произведем по сравнению с КПД дизельного д.в.с. который имеет наибольший КПД из известных д.в.с. We will determine the efficiency in comparison with the efficiency of a diesel engine. which has the highest efficiency of the known d.v.s.
Максимальное значение КПД для дизельных четырехтактных д.в.с.равно 40% для стационарных установок большой мощности. Двигатели транспортных машин имеют КПД около 35% который примем как исходный для расчета КПД предлагаемого д.в.с. равного по мощности с дизельным. По сравнению с четырехтактным дизельным д. в.с. предлагаемый д.в.с. имеет больший КПД за счет использования двухтактного цикла работы для каждого цилиндра, использования компрессора для получения необходимой степени сжатия воздуха, отделения камеры сгорания от цилиндра и использования одной камеры сгорания на 6 цилиндров, получения от камеры сгорания в цилиндр на один рабочий ход поршня более 5 воспламенений топливной смеси, использования сдвоенных цилиндров, поршни которых соединены штоком, отличия конструкции оголовника от камеры сгорания известных д. в.с. уменьшения скорости вращения коленчатого вала и скорости движения поршней, упрощения конструкции д.в.с. в результате устранения клапанов и распределительного вала с кулачками, определяющими работу клапанов, устранения маховика, совмещение коробки передач с муфтой сцепления в виде механизма по авт. св. N 1366682 на энергетический комплекс планетарной муфты сцепления, устранение глушителя за ненадобностью. The maximum value of efficiency for diesel four-stroke diesel engines is 40% for stationary installations of high power. The engines of transport vehicles have an efficiency of about 35%, which we will take as the source for calculating the efficiency of the proposed engine. equal in power to diesel. Compared to a four-stroke diesel engine proposed d.s. it has greater efficiency due to the use of a two-stroke cycle for each cylinder, the use of a compressor to obtain the necessary degree of air compression, separation of the combustion chamber from the cylinder and the use of one combustion chamber for 6 cylinders, receiving more than 5 ignitions from the combustion chamber into the cylinder for one piston stroke the fuel mixture, the use of twin cylinders, the pistons of which are connected by a rod, the differences in the design of the headband from the combustion chamber of the known D.V. reducing the speed of rotation of the crankshaft and the speed of the pistons, simplifying the design of the engine as a result of eliminating the valves and camshaft with cams that determine the operation of the valves, eliminating the flywheel, combining the gearbox with the clutch in the form of a mechanism according to ed. St. N 1366682 to the energy complex of the planetary clutch, eliminating the muffler as unnecessary.
Проанализируем какие количественные и качественные влияния могут иметь указанные отличия на КПД д.в.с. Let us analyze what quantitative and qualitative influences may have the indicated differences in the efficiency of the engine.
Использование двухтактного цикла вместо четырехтактного уменьшает в два раза потери на трение поршней о стенки цилиндра, а также трение кривошипно-шатунного механизма и коленчатого вала. Можно принять, что за счет этого отличия будет увеличен КПД на 2% так как эти потери на трение в д.в.с. составляют более 4%
В д. в. с. воздух при сжатии поршнем нагревается не только за счет его сжатия, но также от поршня и стенок цилиндра, которые в рабочем такте нагрелись от выхлопных газов. Повышенный нагрев воздуха при его сжатии требует затраты дополнительной механической энергии, уменьшающей КПД двигателя не менее чем на 2% по сравнению с тем, как происходит сжатие воздуха такого же объема и до равного давления в компрессоре. Кроме того, около половины сжатого воздуха получается за счет использования верхней части верхнего цилиндра при рабочем ходе его поршня в лучших температурных условиях, так как верхний торец верхнего цилиндра и верхняя поверхность поршня, а также верхняя часть боковой поверхности цилиндра на ширину толщины поршня не имеет контакта с раскаленными выхлопными газами.The use of a push-pull cycle instead of a four-stroke cycle halves the loss of friction of the pistons against the cylinder walls, as well as the friction of the crank mechanism and crankshaft. It can be assumed that due to this difference, the efficiency will be increased by 2% since these friction losses in the internal combustion engine make up more than 4%
In D.V. from. when compressed by a piston, the air is heated not only due to its compression, but also from the piston and cylinder walls, which in the working stroke were heated by exhaust gases. Increased heating of the air when it is compressed requires the cost of additional mechanical energy, which reduces the efficiency of the engine by at least 2% compared with how air is compressed in the same volume to an equal pressure in the compressor. In addition, about half of the compressed air is obtained by using the upper part of the upper cylinder during the working stroke of its piston under the best temperature conditions, since the upper end of the upper cylinder and the upper surface of the piston, as well as the upper part of the side surface of the cylinder, do not have a contact width with red-hot exhaust fumes.
Отделение камеры сгорания от цилиндра и использование одной камеры на 6 цилиндров позволяет отнести тепловые потери камеры сгорания в количестве 1/6 на каждый цилиндр, т.е. на каждый цилиндр в 6 раз меньше, чем если бы камера сгорания работала на один (а не на шесть) цилиндр. Учитывая, что в камере сгорания дизеля в момент воспламенения топливной смеси температура достигает более 2500o, ее тепловые потери составляют существенную часть тепловых потерь всего цилиндра. Тепловые потери в камере сгорания известных д.в.с. велики еще по той причине, что максимальная температура сгоревшей топливной смеси выдерживается длительное время поршнем имеющим малую скорость движения вблизи ВМТ, обусловленную косинусоидальным законом его движения, диктуемого кривошипно-шатунным механизмом. Уменьшение тепловых потерь в 6 раз в каждом цилиндре за счет деления тепловых потерь камеры сгорания (работающей на 6 цилиндров) может дать увеличение КПД двигателя не менее чем на 2%
Получение от камеры сгорания на один рабочий ход поршня более 5 воспламенений топливной смеси позволяет подерживать высокое давление газов на протяжении 2/3 хода поршня, в течение которого производится ввод в цилиндр этих 5 объемов газов, образовавшихся в результате 5 воспламенений топливной смеси. На фиг. 12 и 13 графиков работы поршней видно, что такой ввод дополнительных объемов газа увеличивает полезную работу поршня в несколько раз в большее число раз, чем число объемов дополнительного ввода в цилиндр газов из камеры сгорания, т.е. более чем в 5 раз. Это отличие позволит увеличить КПД двигателя не менее чем на 10 20%
Использование сдвоенных цилиндров, поршни которых соединены штоком, позволило производить холостой ход поршня одного цилиндра за счет рабочего хода другого сдвоенного цилиндра и использовать кривошипно-шатунный механизм в 4 раза интенсивнее и равномернее, чем он используется в дизельном д.в.с. что позволило отказаться от маховика и уменьшить в 4 раза потери на трение этого механизма и коленчатого вала, приходящиеся на 1 кВт вырабатываемой мощности. За счет этого отличия КПД предлагаемого д.в.с. может быть улучшено не менее чем на 2%
Отличия конструкции оголовника предлагаемого д.в.с. весьма существенны для получения наибольшего КПД. Камера сгорания 37 оголовника имеет идеальное максимально возможное отношение объема к ее поверхности, так как она имеет сферическую форму. Следствием такой формы являются минимальные тепловые потери через минимальную поверхность для заданного объема. Сферическая форма камеры сгорания соответствует лучшим условиям воспламенения и сгорания топливной смеси, чем форма камеры сгорания цилиндров дизельного д.в.с. Вокруг камеры сгорания по сферическим поверхностям расположены термоинерционный корпус из жаростойкого сплава, термоизолирующая прокладка, камеры для сжатого воздуха с теплоизолирующей прокладкой. Такое устройство снижает до минимума тепловые потери камеры сгорания во время воспламенения топливной смеси, а те тепловые потери, которые возникают, возвращаются в камеру сгорания к следующему воспламенению топливной смеси в виде сжатого воздуха нагретого в камерах 40, который проходя из них в камеру сгорания через конусные трубки 43 нагревается еще до температуры воспламенения дизельного топлива без дополнительной затраты механической энергии, имеющей место при работе дизельного д.в.с.The separation of the combustion chamber from the cylinder and the use of one chamber for 6 cylinders allows us to attribute the heat loss of the combustion chamber in the amount of 1/6 to each cylinder, i.e. 6 times less for each cylinder than if the combustion chamber worked for one (and not six) cylinder. Given that in the combustion chamber of a diesel engine at the moment of ignition of the fuel mixture the temperature reaches more than 2500 o , its heat loss constitutes a significant part of the heat loss of the entire cylinder. Heat losses in the combustion chamber of the known combustion engines They are also great for the reason that the maximum temperature of the burnt fuel mixture is maintained for a long time by a piston having a low speed of motion near TDC, due to the cosine law of its motion, dictated by a crank mechanism. A reduction in heat loss by a factor of 6 in each cylinder due to the division of the heat loss of the combustion chamber (operating on 6 cylinders) can give an increase in engine efficiency by at least 2%
Receiving more than 5 ignitions of the fuel mixture from the combustion chamber for one piston stroke allows you to maintain a high gas pressure for 2/3 of the piston stroke, during which these 5 volumes of gases formed as a result of 5 ignitions of the fuel mixture are introduced into the cylinder. In FIG. 12 and 13 of the piston operation schedules, it can be seen that such an introduction of additional volumes of gas increases the useful work of the piston several times more than the number of volumes of additional introducing gases into the cylinder from the combustion chamber, i.e. more than 5 times. This difference will increase the efficiency of the engine by at least 10 20%
The use of twin cylinders, the pistons of which are connected by a rod, made it possible to idle the piston of one cylinder due to the working stroke of another twin cylinder and use the
Differences in the design of the headband of the proposed d.v.s. very essential to obtain the highest efficiency. The
Суммарное увеличение КПД за счет конструкции оголовника может быть оценено не менее чем в 5%
Уменьшение скорости вращения коленчатого вала и скорости движения поршней уменьшит потери на трение этих частей д.в.с. однако численную оценку их влияния на КПД двигателя дать без соответствующих испытаний не представляется возможным.The total increase in efficiency due to the design of the headband can be estimated at no less than 5%
Reducing the speed of rotation of the crankshaft and the speed of the pistons will reduce the friction losses of these parts of the engine. however, it is not possible to give a numerical assessment of their effect on engine efficiency without appropriate tests.
Устранение перечисленных устройств дизельного двигателя в предлагаемом д. в. с. может дать увеличение КПД до 5% Например, только глушитель в дизельном двигателе съедает более 2% КПД. The elimination of the listed devices of the diesel engine in the proposed d. from. can give an increase in efficiency up to 5% For example, only a muffler in a diesel engine eats more than 2% of efficiency.
Суммарное значение вышеупомянутых конструктивных отличий предлагаемого д. в. с. от дизельного может дать увеличение КПД предлагаемого двигателя не менее чем на 20 30%
Исходя из вышеизложенных преимуществ предлагаемого д.в.с. его КПД может быть принят равным 0,5 (50%).The total value of the above structural differences of the proposed d. from. from diesel can give an increase in the efficiency of the proposed engine by at least 20 30%
Based on the above advantages of the proposed d.v.s. its efficiency can be taken equal to 0.5 (50%).
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93037449A RU2076216C1 (en) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | Internal combustion engine with doubled number of cylinders |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93037449A RU2076216C1 (en) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | Internal combustion engine with doubled number of cylinders |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93037449A RU93037449A (en) | 1996-01-20 |
RU2076216C1 true RU2076216C1 (en) | 1997-03-27 |
Family
ID=20145440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93037449A RU2076216C1 (en) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | Internal combustion engine with doubled number of cylinders |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2076216C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531707C1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-10-27 | Владимир Степанович Григорчук | Diesel locomotive |
-
1993
- 1993-07-22 RU RU93037449A patent/RU2076216C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP, заявка N 57-57614, кл. 5/1/-31/93/, 1982. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531707C1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-10-27 | Владимир Степанович Григорчук | Diesel locomotive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7634988B1 (en) | Internal combustion engine | |
US4326380A (en) | Hydraulic engine | |
KR101587294B1 (en) | Monoblock valveless opposing piston internal combustion engine | |
US8033265B2 (en) | Rotary piston internal combustion engine | |
US4589377A (en) | Engine | |
US6305335B1 (en) | Compact light weight diesel engine | |
US6092365A (en) | Heat engine | |
US20090151663A1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with two opposed pistons per cylinder | |
US4949685A (en) | Internal combustion engine with rotary valves | |
US6449940B2 (en) | Internal combustion engine | |
US6125802A (en) | Piston engine powertrain | |
US4312306A (en) | Flexible cylinder-head internal combustion engine | |
US5182913A (en) | Engine system using refrigerant fluid | |
CA1082603A (en) | Reciprocating rotary engine | |
WO1998021456A1 (en) | Air-cooled self-supercharging four stroke internal combustion engine | |
US6971341B1 (en) | Piston lubrication for a free piston engine | |
Nightingale | Automotive Stirling engine: Mod 2 design report | |
RU2076216C1 (en) | Internal combustion engine with doubled number of cylinders | |
US5803039A (en) | Piston-cylinder assembly and drive transmitting means | |
US4136523A (en) | Stirling type engine and method for operating same | |
Agrawal | Internal combustion engines | |
RU2327048C1 (en) | Internal combustion engine | |
US5426940A (en) | Free piston external combustion engine | |
US2083730A (en) | Internal combustion engine | |
WO2003046347A1 (en) | Two-stroke recuperative engine |