RU2072434C1 - Internal combustion engine and method of its operation - Google Patents
Internal combustion engine and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2072434C1 RU2072434C1 SU5048456A RU2072434C1 RU 2072434 C1 RU2072434 C1 RU 2072434C1 SU 5048456 A SU5048456 A SU 5048456A RU 2072434 C1 RU2072434 C1 RU 2072434C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working
- turbine
- housing
- gases
- channels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to internal combustion engines.
Цель изобретения повышение КПД двигателя достигается созданием центральных и периферических силовых цилиндров, взаимодействующих между собой и с газовой турбиной на рабочем ходу и на выпуске, а также взаимодействием силовых поршней с гидропреобразователем возвратно-поступательного движения во вращательное. The purpose of the invention is to increase engine efficiency by creating central and peripheral power cylinders, interacting with each other and with a gas turbine on the move and at the outlet, as well as by the interaction of the power pistons with a reciprocating to rotary hydraulic converter.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания (Изобретатель и рационализатор, 1990, N 5, с. 44). Этот способ работы основан на двухтактном цикле с преобразованием поступательного движения во вращательное с работой силовых цилиндров в одинаковой последовательности, но в противофазе, подаче газов на турбину при выпуске. A known method of operation of an internal combustion engine and an internal combustion engine (Inventor and rationalizer, 1990, N 5, p. 44). This method of operation is based on a two-stroke cycle with the translation of the translational motion into rotational with the work of the power cylinders in the same sequence, but in antiphase, the supply of gas to the turbine at the outlet.
Способ не позволяет наилучшим образом использовать энергию газов после сгорания и осуществлять оптимальное тепломеханическое преобразование в двигателе. The method does not allow the best use of the energy of gases after combustion and to carry out optimal thermomechanical conversion in the engine.
Известен двигатель внутреннего сгорания двигатель Штельцера - (Изобретатель и рационализатор, 1990, N 5, с. 44), содержащий поршневой блок, состоящий из трех поршней двух рабочих на концах блока и компрессионного в средней его части, соединенной с карбюратором или атмосферой. Впускные каналы выполнены на валу между поршнями в виде проточек, и выпускные в цилиндрическом корпусе. A well-known internal combustion engine is the Steltzer engine - (Inventor and Rationalizer, 1990, N 5, p. 44), containing a piston block consisting of three pistons of two workers at the ends of the block and compression in its middle part connected to the carburetor or atmosphere. Inlet channels are made on the shaft between the pistons in the form of grooves, and exhaust in a cylindrical housing.
Устройство не позволяет наилучшим образом использовать энергию газов, образующихся при сгорании. The device does not allow the best use of the energy of the gases generated during combustion.
На фиг. 1 показан продольный разрез устройства; на фиг. 2 продольный разрез части корпуса и блок-схема внешних устройств, соединенных с двигателем и между собой; на фиг. 3 продольный разрез устройства и системы смазки, топливоподачи и зажигания. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a device; in FIG. 2 is a longitudinal section of a part of the housing and a block diagram of external devices connected to the engine and to each other; in FIG. 3 is a longitudinal section through a device and a lubrication, fuel supply and ignition system.
Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1, поршневого блока, состоящего из трех поршней: компрессионного 2 в средней части и рабочих на его концах, причем, каждый рабочий состоит из центральных 3, 4 и периферических частей 5, 6. Впускные каналы 7, 8 для каждого из силовых цилиндров выполнены на центральном валу, соединенном с компрессионным поршнем. The device (Fig. 1) consists of a housing 1, a piston block, consisting of three pistons: compression 2 in the middle part and workers at its ends, and each worker consists of central 3, 4 and peripheral parts 5, 6. Inlet channels 7 , 8 for each of the power cylinders are made on a central shaft connected to the compression piston.
Каждый силовой цилиндр состоит из центрального рабочего объема 9, 10 и периферических рабочих объемов 11, 12. Объемы разделены концентрическими кольцами 13, 14, входящими в концентрические полости 15, 16 в рабочих поршнях. В концентрических кольцах 13, 14 выполнены в конце у НМГ выпускные отверстия 17, 18 для центральных рабочих объемов, а общие выпускные каналы 19, 20 выполнены в корпусе 1 и соединены между собой каналами 21 в корпусе. Each power cylinder consists of a central working volume 9, 10 and peripheral working volumes 11, 12. The volumes are separated by concentric rings 13, 14 included in the
В кольцах 13, 14 выполнены в верхней их части впускные отверстия 22, 23 для подачи топливно-воздушной смеси или воздуха из центральных рабочих объемов в периферические и каналы 24, 25, в кольцах и торцевых стенках в ВМТ соединяющие рабочие объемы при поджиге рабочей смеси. In the rings 13, 14, inlet openings 22, 23 are made in their upper part for supplying the air-fuel mixture or air from the central working volumes to the peripheral and channels 24, 25, in the rings and end walls of the TDC connecting the working volumes during the ignition of the working mixture.
В концентрические кольца 13, 14 входят стержни 26, 27, соединенные с компрессионным поршнем 2 в рабочей полости 28 компрессионного цилиндра. The concentric rings 13, 14 include rods 26, 27 connected to the compression piston 2 in the working cavity 28 of the compression cylinder.
В стержнях в их конце у нижней мертвой точки выполнены отверстия 29, 30, которые служат для выпуска газов из центрального объема, впуска топливно-воздушной смеси из центрального объема в периферический и для соединения камер сгорания: центральной и периферической. Holes 29, 30 are made in the rods at their end at the bottom dead center, which serve to release gases from the central volume, inlet the fuel-air mixture from the central volume to the peripheral and to connect the combustion chambers: central and peripheral.
Концентрические кольца 13, 14 выполнены заодно с крышками 31, 32, установленными неподвижно в корпусе. Concentric rings 13, 14 are made integral with the covers 31, 32 mounted motionlessly in the housing.
Выпускные каналы 19, 20 корпуса соединены каналами 33 с направляющим аппаратом 34, многоступенчатой турбины 35, установленной на корпусе. The outlet channels 19, 20 of the housing are connected by channels 33 to a guide apparatus 34, a
Входной поршень соединен с гидропреобразователем 36 возвратно-поступательного движения во вращательное, работающего по двухтактному циклу или непрерывному циклу. The input piston is connected to the
В корпусе выполнены каналы пароперегревателя 37, соединенные радиальными щелями с каналами 21 для отвода газов и последовательно с каналами водонагревателя 38, соединенный радиальными щелями с каналами 21 и соединенного с насосом 39. Каналы водонагревателя (фиг.2) взаимодействуют с каналами 40 в корпусе, соединяющими выход турбины трубой 41 с дополнительным силовым цилиндром 42. Трубопровод 41 соединен с конденсатором 43 первой частью его, который в свою очередь через блок 44 водоочистки с водяным насосом. Емкость 45 для воды соединена с блоком водоочистки, а водяной насос на входе с каналами паронагревателя. Выход дополнительного силового цилиндра соединен с конденсатором второй частью от первой. In the housing, channels of the superheater 37 are made, connected by radial slots with channels 21 for exhausting gases and in series with the channels of the
Устройство (фиг.3) содержит маслопроводы 46, 47, соединенные с аксиальными отверстиями 48, 49 в концентрических кольцах 13, 14 с поверхностями цилиндров и поршней, а через каналы 50, 51 и 52, 53 со сливом. The device (figure 3) contains
Полость 28 компрессионного цилиндра соединена через отверстие 54 с карбюратором, а камера сгорания крайних цилиндров взаимодействуют со свечами зажигания 55, 56. The cavity 28 of the compression cylinder is connected through a
Способ осуществляется следующим образом (фиг 1). Поршни 3, 5 и 4, 6 движутся как одно целое, каждый в своем цилиндре 9, 11 и 10, 12. Когда поршни 3, 5 подходят к НМТ, то поршни 4, 6 подходят к ВМТ и наоборот. Смесь поступает через отверстие 54 (фиг. 2) в компрессионный цилиндр. При движении (фиг. 1) поршней 3, 5 к НМТ на рабочем ходу под действием сил давления расширяющихся пазов сначала открываются на рабочем ходу выпускные каналы 19 и на рабочем же ходу части рабочего хода газы поступают в радиальные каналы 33 и направляющий аппарат 34 и лопатки 35 многоступенчатой турбины. The method is as follows (Fig 1). Pistons 3, 5 and 4, 6 move as a single unit, each in its cylinder 9, 11 and 10, 12. When pistons 3, 5 approach the BDC, the pistons 4, 6 approach the TDC and vice versa. The mixture enters through the hole 54 (Fig. 2) into the compression cylinder. During the movement (Fig. 1) of the pistons 3, 5 to the BDC on the stroke under the action of the pressure forces of the expanding grooves, the exhaust channels 19 first open on the stroke and the gases enter the radial channels 33 and the guide apparatus 34 and the vanes on the
В конце рабочего хода у НМТ совмещаются выпускные каналы 17 в неподвижном концентрическом кольце 13 и каналы 29 в стержне 26. At the end of the working stroke at the BDC, the outlet channels 17 in the stationary concentric ring 13 and the channels 29 in the rod 26 are combined.
При совмещении каналов 17 и 29 при движении к НМТ и к ВМТ происходит выпуск газов на турбину 35 из центрального рабочего объема в конце рабочего хода под действием топливно-воздушной смеси, которая подается компрессионным поршнем 2 через выпускной канал 7 при движении рабочего поршня к НМТ. When the channels 17 and 29 are combined when moving to the BDC and to the TDC, gases are released to the
Продувке центрального и периферического рабочих объемов 9 и 11 в большой степени способствует дополнительный силовой цилиндр 42, соединенный с турбиной трубопроводом 41 и канал 40 в корпусе, который создает разрежение в основных силовых цилиндрах на части рабочего хода. The purging of the central and peripheral working volumes 9 and 11 is greatly facilitated by the
Насос может быть выполнен аналогично компрессионному блоку двигателя со входом в середине и двумя выходами у торцов. Вытягивая газы из камер 9, 11 через турбинный блок одного силового цилиндра, дополнительный силовой цилиндр 42 одновременно выталкивает отработанные газы другого силового цилиндра через конденсатор, поскольку рабочее тело содержит и перегретый пар, который поступает в поток на пути в турбину. The pump can be made similar to the compression unit of the engine with an entrance in the middle and two outputs at the ends. Pulling gases from the chambers 9, 11 through the turbine block of one power cylinder, the
Турбоузел работает с высоким КПД по ряду причин. Цилиндр 42 является утилизационным устройством, сильно снижает скорость газов на многоступенчатой турбине и заставляет срабатывать на ее ступенях значительно больший теплоперепад, а следовательно, повышает КПД преобразования. Цилиндр 42, работая как вакуум-насос заставляет отдавать большую часть тепла на части цикла для нагрева воды и превращения ее в пар и перегрева пара в каналах 38 и 37 соответственно. При этом вода проходит от насоса 39 по каналам 38 сначала (фиг. 2) образование пара, а затем по каналам 37 (перегрев пара), соединенными с каналами 38 на входе. На выходе каналы 37 через радиальные щели в корпусе соединены с каналами 19 и 21 отвода рабочих газов. Через щели каналов 37 и 38 вода подается под углом к высокотемпературным газам. В каналах 19 и 12 пар дополнительно перегревается. Происходит пленочное испарение воды. Корпус 1 играет роль теплообменника. С одной стороны вода превращается в перегретый пар в струе газа, с другой стороны корпус 1 не перегревается, ибо отдает тепло (пленочное испарение в трубопроводах 19, 21). The turbo unit operates with high efficiency for a number of reasons.
Корпус 1 также, являясь теплообменником, представляет собой часть утилизационного устройства и выполнен может быть из металла или другого матеpиала с соответствующими характеристиками. The housing 1 also, being a heat exchanger, is a part of a recycling device and may be made of metal or other material with the corresponding characteristics.
С частотой ходов поршней КПД утилизационных блоков будет возрастать, а также будет возрастать частота вращения турбины и ее мощностная рабочая характеристика. With the piston stroke frequency, the efficiency of the utilization units will increase, and the turbine speed and its power performance will also increase.
Частота вращения турбины будет зависеть и от производительности (регулирования) водяного насоса 39. Турбина 35 не нуждается в термостойких материалах. Двигатель тоже. Максимальный КПД турбины будет достигнут при определенном соотношении частоты ходов поршней, объема силового цилиндра 42 и объемов газа и пара в газопаровой смеси и будет НОУ-ХАУ для каждого типа двигателя. КПД комбинированного двигателя в целом будет выше КПД только двигателя вследствие расширения газо-паровой смеси до больших объемов, эффективной утилизации. The frequency of rotation of the turbine will depend on the performance (regulation) of the
При малых частотах ходов поршня силовой цилиндр 42 захватывает большую часть газопроводной смеси от турбины, меньшая ее часть уходит в конденсатор на входе. At low frequencies of the piston strokes, the
При больших частотах ходов поршня часть газопаровой смеси уходит во входную часть конденсатора, минуя силовой цилиндр 42. At high frequencies of the piston strokes, part of the gas-vapor mixture goes into the inlet part of the condenser, bypassing the
Целесообразно выбрать число ступеней турбины и объем дополнительного цилиндра 42 такими, чтобы происходило полное расширение пара, а газ расширялся бы до разреженного состояния. При этом возможен наибольший КПД при минимальной затрате топлива. Однозначно можно сказать, что объем силового цилиндра 42 больше и намного объема рабочих объемов силовых цилиндров. It is advisable to choose the number of stages of the turbine and the volume of the
Двигатель на базе двигателя Штельцера не имеет шатунов, поршневых втулок, в нем минимальный нагрев от трения при отсутствии боковых усилий. Поэтому при использовании корпуса 1 в качестве теплообменника охлаждение можно осуществлять маслом по схеме (фиг. 3), когда масло подводится по трубопроводам 46, 47, каналам 48, 49 к трущимся частям, а отвод осуществляется через каналы 50, 51, 52, 53. The engine based on the Steltzer engine does not have connecting rods, piston bushings, it has minimal heat from friction in the absence of lateral forces. Therefore, when using the housing 1 as a heat exchanger, cooling can be carried out with oil according to the scheme (Fig. 3), when the oil is supplied through
При движении поршней 3, 5 к ВМТ отверстия 17 перекрываются. Происходит сжатие в центральном рабочем объеме 9 рабочей смеси. Когда совпадают отвеpствия 22 и 29 в стержне 26, то одновременно замыкается периферический рабочий объем 11 и в него поступает через совпадающие отверстия 22 и 29 топливно-воздушная смесь из рабочего объема 9. В ВМТ происходит окончательное сжатие смеси, в обеих камерах сгорания, через свечу 48 подается искра. В дизельном варианте осуществляется воспламенение от сжатия. When the pistons 3, 5 move to TDC, the openings 17 overlap. There is a compression in the Central working volume 9 of the working mixture. When holes 22 and 29 in the rod 26 coincide, the peripheral working volume 11 closes at the same time and the fuel-air mixture from the working volume 9 enters through the matching holes 22 and 29. The final compression of the mixture in the combustion chamber occurs in both combustion chambers through a candle 48 a spark is supplied. In the diesel version, compression ignition is carried out.
Воспламеняется топливно-воздушная смесь в периферическом объеме и через канал 24 и канал 29 стержня 26 в ВМТ воспламеняется топливно-воздушная смесь в центральном рабочем объеме. Может быть осуществлено воспламенение и в центральном объеме. The air-fuel mixture is ignited in the peripheral volume, and the air-fuel mixture in the central working volume is ignited through the channel 24 and the channel 29 of the rod 26 at the TDC. Ignition can also be carried out in a central volume.
В это время в противоположном силовом цилиндре происходит рабочий ход с процессами, аналогично описанным выше. At this time, a working stroke occurs in the opposite power cylinder with processes similar to those described above.
Только выход парогазовой смеси осуществляется через выпускные каналы 20, каналы 21, 19 и далее через турбину 34, 35 и через вакуум-насос 42 и конденсатор 43. Only the outlet of the gas-vapor mixture is carried out through the exhaust channels 20, channels 21, 19 and further through the
Момент создается во время всего цикла при условии, что выпускные каналы 19 и 20 равны сумме длины рабочего хода поршня, либо цикла и при этом турбина (лопасти) не перегреваются, ибо в высокотемпературные газы впрыскивается вода и перегретый пар, который снижают температуру газов, подаваемых на турбину и увеличивают количество рабочего тела. В той части цикла, когда на турбину подается минимальное количество выходных газов при давлении основных силовых поршней к ВМТ), непрерывно подается вода от водяного насоса 39 в паронагреватель 38. A moment is created during the entire cycle, provided that the exhaust channels 19 and 20 are equal to the sum of the piston stroke length, or the cycle and the turbine (blades) do not overheat, because water and superheated steam are injected into high-temperature gases, which reduce the temperature of the gases supplied to the turbine and increase the amount of working fluid. In that part of the cycle, when the minimum amount of exhaust gases is supplied to the turbine at the pressure of the main power pistons to TDC), water is continuously supplied from the
Таким образом на турбину в течение цикла подается высокотемпературная газопаровая смесь, нашпигованная включениями из пара более низкой температуры. Вместе с тем можно говорить о том, что турбина будет работать в оптимальном температурном режиме и в оптимальном режиме тепломеханического преобразования, ибо на турбину будет поступать смесь с усредненными параметрами. Thus, a high-temperature gas-vapor mixture, stuffed with inclusions from lower temperature steam, is fed to the turbine during the cycle. At the same time, it can be said that the turbine will operate in the optimum temperature regime and in the optimal thermomechanical conversion mode, because a mixture with averaged parameters will arrive at the turbine.
Размеры выпускных каналов 19, 20, а также выпускных окон 17, 18 и отверстий 22, 23 размеры выпускных каналов 7 и 8 могут быть выполнены так, что на большей части цикла выпускные высокотемпературные газы будут поступать на турбину. Это будет способствовать созданию газопаровой смеси для оптимального тепломеханического преобразования. The sizes of the exhaust channels 19, 20, as well as the exhaust windows 17, 18 and the openings 22, 23, the sizes of the exhaust channels 7 and 8 can be made so that for the greater part of the cycle the high-temperature exhaust gases will flow to the turbine. This will contribute to the creation of a gas-vapor mixture for optimal thermomechanical conversion.
Расход энергии на прокачивание воды минимальны, а подвод дополнительного количества рабочего тела пара будет значительным при высокой частоте ходов рабочих поршней, что возможно в двигателе Штельцера, взятого за прототип. The energy consumption for pumping water is minimal, and the supply of an additional amount of the working fluid of the steam will be significant at a high frequency of strokes of the working pistons, which is possible in the Steltzer engine, taken as a prototype.
Двигатель может работать и без воды, в этом случае на турбине будет преобразовываться только энергия выпускных газов. The engine can work without water, in this case only the energy of the exhaust gases will be converted on the turbine.
Шток поршня основного силового цилиндра взаимодействует с гидропреобразователем 36. The piston rod of the main power cylinder interacts with the
При этом преобразователь может быть либо двухтактной турбиной, либо турбиной непрерывного действия, работающей в двухтактном режиме. In this case, the converter may be either a two-stroke turbine or a continuous turbine operating in a two-stroke mode.
В итоге тепловая энергия газов оптимальным образом преобразовывается в механическую, ибо создаются одновременно два момента на газовой и гидравлической турбине, которые могут суммироваться на выходе. As a result, the thermal energy of gases is optimally converted into mechanical energy, because two moments are created simultaneously on a gas and hydraulic turbine, which can be summed up at the output.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048456 RU2072434C1 (en) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | Internal combustion engine and method of its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048456 RU2072434C1 (en) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | Internal combustion engine and method of its operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2072434C1 true RU2072434C1 (en) | 1997-01-27 |
Family
ID=21607371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5048456 RU2072434C1 (en) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | Internal combustion engine and method of its operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2072434C1 (en) |
-
1992
- 1992-05-06 RU SU5048456 patent/RU2072434C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Изобретатель и рационализатор, N 5, 1990, с.44. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6095100A (en) | Combination internal combustion and steam engine | |
US7937943B2 (en) | Heat engines | |
EP0236344A1 (en) | Shaft power generator | |
US7273023B2 (en) | Steam enhanced double piston cycle engine | |
JP5654533B2 (en) | Method of burning fuel in a rotary internal combustion engine | |
US4571946A (en) | Internal combustion engine with rankine bottoming cycle | |
BG105831A (en) | Combined piston engine | |
RU2072434C1 (en) | Internal combustion engine and method of its operation | |
EP0137621A1 (en) | Improvements in or relating to engines | |
RU2567159C2 (en) | Two-stage expansion with new crank gear configuration in opposed ice with opposed cranks | |
US3893433A (en) | Rotary engine with rotating cylinders | |
RU2362881C2 (en) | Multicylinder cubical expansion turbine | |
KR20080038273A (en) | Steam Powered Dual Piston Cycle Engine | |
US4489560A (en) | Compound internal combustion engine and method for its use | |
RU2018015C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2153085C1 (en) | Method of operation of four-stroke internal combustion engine and design of such engine | |
EP0006747A1 (en) | Internal-combustion engine with additional expansion | |
RU2335636C2 (en) | Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine | |
RU2160844C1 (en) | Internal combustion engine with turbine | |
RU2162952C1 (en) | Internal combustion engine with turbine | |
RU2092696C1 (en) | Axial internal combustion engine | |
RU2413084C2 (en) | Kazantsev piston engine | |
WO1986004388A1 (en) | Regenerative thermal engine | |
RU95114621A (en) | METHOD FOR WORKING THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
AU717934B2 (en) | Combination internal combustion and steam engine |