RU2382889C1 - Device to operate ice with overexpansion - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to power producing and automotive power plants. Proposed device comprises cylinder, cylinder head (1), piston, piston pin, con rod (8), crankshaft, camshaft, additional cylinder (2), control (6) and drive (7) levers. Additional cylinder (2) incorporates piston (3) with rod (4). Cylinder head (1) has bore to communicate combustion chamber with additional cylinder (2). Bore diametre is smaller than that of additional cylinder (2) and features tapered transition between diametres. Piston (3) has bottom representing a counter cone, which faces the combustion chamber inlet. Piston (3) shuts off combustion chamber outlet into additional cylinder (2). Opposite end of piston (3) accommodates rod (4) that rests on control (6) and drive (7) levers. The former rests on rotary cam that either allows or prevents displacement of control lever (6) together with rod (4) and piston (3). In the latter case, piston is locked in extreme position, closer to combustion chamber. Drive lever (7) is coupled with crankshaft (9) via con rod (8) or a system of levers.

EFFECT: producing extra volume in expansion and exhaust strokes.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам.The invention relates to power and transport installations.

Известны устройства для работы двигателя внутреннего сгорания (С.Н.Богданов, М.М.Буренков, И.Е.Иванов. Автомобильные двигатели. - М.: Машиностроение, 1987. - 368 с.).Known devices for operating an internal combustion engine (S.N. Bogdanov, M.M. Burenkov, I.E. Ivanov. Automotive engines. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 368 S.).

Недостатком этих устройств является неполное использование энергии продуктов сгорания топлива, которые в конце такта расширения имеют температуру более 1000 градусов Цельсия и давление около 0.4 МПа.The disadvantage of these devices is the incomplete use of energy from the products of fuel combustion, which at the end of the expansion stroke have a temperature of more than 1000 degrees Celsius and a pressure of about 0.4 MPa.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства, обеспечивающего дополнительное расширение продуктов сгорания топлива и получение дополнительной полезной энергии.The problem to which the invention is directed, is to create a device that provides additional expansion of the combustion products of the fuel and obtain additional useful energy.

Техническим результатом поставленной задачи является создание дополнительного объема в виде дополнительного цилиндра с поршнем, который используется только при тактах расширения и выпуска.The technical result of the task is to create additional volume in the form of an additional cylinder with a piston, which is used only for expansion and exhaust strokes.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для работы двигателя внутреннего сгорания с перерасширением, включающее цилиндр, головку цилиндра, поршень, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, отличается тем, что согласно изобретению в головке цилиндра сделано отверстие, сообщающее камеру сгорания с пристыкованным к головке цилиндра дополнительным цилиндром, причем отверстие выполнено меньшего диаметра, чем дополнительный цилиндр, и имеет конусообразный переход между диаметрами, аналогично седлу клапана, дополнительный цилиндр снабжен поршнем, который своим днищем, выполненным по краю в виде ответного конуса входу в камеру сгорания, аналогично клапанной тарелке, в крайнем положении запирает вход из камеры сгорания в дополнительный цилиндр; на другом конце поршня установлен шток, свободным концом опирающийся на два качающихся рычага: управляющий и силовой, управляющий рычаг другим концом опирается на вращающийся эксцентрик, который обеспечивает либо свободное перемещение управляющего рычага совместно со штоком, либо предотвращает перемещение управляющего рычага и штока с поршнем, фиксируя последний в крайнем положении, ближайшем к камере сгорания; силовой рычаг другим концом, через шатун или систему рычагов связан с коленчатым валом.This object is achieved in that the device for operating an internal combustion engine with over-expansion, including a cylinder, cylinder head, piston, piston pin, connecting rod, crankshaft, camshaft, differs in that according to the invention a hole is made in the cylinder head that communicates with the combustion chamber attached to the cylinder head by an additional cylinder, and the hole is made of a smaller diameter than the additional cylinder, and has a cone-shaped transition between diameters, similar to a valve seat , the additional cylinder is equipped with a piston, which, with its bottom, made along the edge in the form of a reciprocal cone to the entrance to the combustion chamber, similarly to a valve disc, in the extreme position locks the entrance from the combustion chamber to the additional cylinder; a rod is installed on the other end of the piston, resting on its free end on two swinging levers: control and power, the control lever on the other end is supported by a rotating eccentric, which provides either the free movement of the control lever together with the rod, or prevents the movement of the control lever and rod with the piston, fixing the latter in the extreme position closest to the combustion chamber; the power lever at the other end, through a connecting rod or a system of levers connected to the crankshaft.

Изобретение поясняется при помощи чертежа. На чертеже представлена схема двигателя внутреннего сгорания с перерасширением.The invention is illustrated using the drawing. The drawing shows a diagram of an internal combustion engine with overexpansion.

Технический результат осуществляется устройством, включающим цилиндр с поршнем и головкой 1, дополнительный цилиндр 2, поршень дополнительного цилиндра 3, шток 4, эксцентрик 5, управляющий рычаг 6, силовой рычаг 7, шатун 8, коленчатый вал 9. Эксцентрик вращается с частотой в два раза меньшей частоты коленчатого вала и может приводиться от распределительного вала.The technical result is achieved by a device including a cylinder with a piston and a head 1, an additional cylinder 2, a piston of an additional cylinder 3, a rod 4, an eccentric 5, a control lever 6, a power lever 7, a connecting rod 8, a crankshaft 9. The eccentric rotates with a frequency of two times lower frequency of the crankshaft and can be driven by a camshaft.

При такте всасывания и сжатия в цилиндре 1 эксцентрик 5 обеспечивает неподвижное положение управляющего рычага 6, который другим концом удерживает через шток 4 поршень 3 в крайнем положении, ближайшем к камере сгорания основного цилиндра. При этом силовой рычаг 7 свободно качается под воздействием коленчатого вала 9 через шатун 8.When the suction and compression stroke in the cylinder 1, the eccentric 5 provides a fixed position of the control lever 6, which at the other end holds the piston 3 through the rod 4 in the extreme position closest to the combustion chamber of the main cylinder. In this case, the power lever 7 freely sways under the influence of the crankshaft 9 through the connecting rod 8.

Крайнее «верхнее» положение шатуна соответствует положению «запирания» дополнительного цилиндра 2 поршнем 3.The extreme “upper” position of the connecting rod corresponds to the “locking” position of the additional cylinder 2 by the piston 3.

При тактах расширения и выпуска эксцентрик 5 поворачивается в положение, которое не препятствует свободному перемещению управляющего рычага 6. Поршень 3 в цилиндре 2 под воздействием продуктов сгорания топлива перемещается в направлении рычагов 6 и 7. Усилие от поршня 3 через шток 4 передается на силовой рычаг 7 и через шатун 8 на коленчатый вал. По завершении такта расширения коленчатый вал 9 через шатун 8, рычаг 7 и шток 4 перемещает поршень 3 в цилиндре 2 в исходное положение, ближайшее к камере сгорания.During the expansion and exhaust strokes, the eccentric 5 rotates to a position that does not impede the free movement of the control lever 6. The piston 3 in the cylinder 2 moves under the influence of fuel combustion products in the direction of the levers 6 and 7. The force from the piston 3 is transmitted through the rod 4 to the power lever 7 and through the connecting rod 8 to the crankshaft. At the end of the expansion stroke, the crankshaft 9 through the connecting rod 8, the lever 7 and the rod 4 moves the piston 3 in the cylinder 2 to its original position, closest to the combustion chamber.

Данная совокупность признаков является достаточной во всех случаях практической реализации устройства для достижения поставленной задачи - работы двигателя внутреннего сгорания с перерасширением продуктов сгорания топлива.This set of features is sufficient in all cases of the practical implementation of the device to achieve the task - the operation of the internal combustion engine with the over-expansion of the combustion products of the fuel.

Первичный технический результат при использовании изобретения заключается в получении дополнительной полезной энергии от продуктов сгорания топлива в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Этот технический результат проявляется при реализации всех указанных существенных признаков и в конечном счете сообщает объекту изобретения в целом полезные качества.The primary technical result when using the invention is to obtain additional useful energy from the combustion products of the fuel in the cylinders of an internal combustion engine. This technical result is manifested in the implementation of all these essential features and ultimately informs the object of the invention in General useful qualities.

ПримерExample

Оценим результат применения перерасширения в ДВС на примере карбюраторного двигателя со степенью сжатия 11.0.Let us evaluate the result of the application of over-expansion in the internal combustion engine using the example of a carburetor engine with a compression ratio of 11.0.

Начальное давление сжатия примем равным 0.1 МПа, начальная температура 288 К. При показателе адиабаты сжатия 1.4 и КПД процесса 0.8 давление Рс составит 2.87 МПа и температура Тс 868 К.The initial compression pressure is assumed to be 0.1 MPa, the initial temperature is 288 K. With a compression adiabatic index of 1.4 and a process efficiency of 0.8, the pressure Pc will be 2.87 MPa and the temperature Tc will be 868 K.

Принимая температуру Tz=2273 К, получаем Pz=7.51 МПа.Taking the temperature Tz = 2273 K, we obtain Pz = 7.51 MPa.

Принимаем показатель политропы расширения n=1.28.We take the exponent of the polytropic expansion n = 1.28.

При исходной степени сжатия Рb=0.35 МПа и Тb=1161 К.At the initial compression ratio, Pb = 0.35 MPa and Tb = 1161 K.

При увеличении степени расширения по сравнению с исходной на 20% получаем Рb*=0.27 МПа, Тb=1103 К.With an increase in the degree of expansion compared with the initial one by 20%, we obtain Рb * = 0.27 MPa, Tb = 1103 K.

Следовательно, при прочих равных условиях теплоперепад (Tz-Tb) увеличился на 5%, давление газа уменьшилось на 0.08 МПа, температура газа уменьшилась на 60 К, мощность и экономичность увеличились на ок. 5%.Therefore, ceteris paribus, the heat transfer (Tz-Tb) increased by 5%, the gas pressure decreased by 0.08 MPa, the gas temperature decreased by 60 K, the power and efficiency increased by approx. 5%.

Claims (1)

Устройство для работы двигателя внутреннего сгорания с перерасширением, включающее цилиндр, головку цилиндра, поршень, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, отличающееся тем, что в головке цилиндра сделано отверстие, сообщающее камеру сгорания с пристыкованным к головке цилиндра дополнительным цилиндром, причем отверстие выполнено меньшего диаметра, чем дополнительный цилиндр, и имеет конусообразный переход между диаметрами аналогично седлу клапана, дополнительный цилиндр снабжен поршнем, который своим днищем, выполненным по краю в виде ответного конуса входу в камеру сгорания аналогично клапанной тарелке, в крайнем положении запирает вход из камеры сгорания в дополнительный цилиндр; на другом конце поршня установлен шток, свободным концом опирающийся на два качающихся рычага: управляющий и силовой, управляющий рычаг другим концом опирается на вращающийся эксцентрик, который обеспечивает либо свободное перемещение управляющего рычага совместно со штоком, либо предотвращает перемещение управляющего рычага и штока с поршнем, фиксируя последний в крайнем положении, ближайшем к камере сгорания; силовой рычаг другим концом через шатун или систему рычагов связан с коленчатым валом. A device for operating an internal combustion engine with over-expansion, including a cylinder, a cylinder head, a piston, a piston pin, a connecting rod, a crankshaft, a camshaft, characterized in that a hole is made in the cylinder head that communicates the combustion chamber with an additional cylinder docked to the cylinder head, moreover the hole is made of a smaller diameter than the additional cylinder, and has a cone-shaped transition between the diameters similar to the valve seat, the additional cylinder is equipped with a piston, which has its bottom m, made along the edge in the form of a reciprocal cone to the entrance to the combustion chamber similarly to a valve disc, in the extreme position locks the entrance from the combustion chamber to the additional cylinder; a rod is installed on the other end of the piston, resting on its free end on two swinging levers: control and power, the control lever on the other end is supported by a rotating eccentric, which provides either the free movement of the control lever together with the rod, or prevents the movement of the control lever and rod with the piston, fixing the latter in the extreme position closest to the combustion chamber; the power lever at the other end is connected to the crankshaft through a connecting rod or a system of levers.