RU2196236C1 - Internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: proposed internal combustion engine has at least one cylinder with valves and spark plug, cylinder cover, piston and piston guide. Bellows and spring with flexible bottle are installed coaxially in cylinder. Ends of bellows and spring with flexible bottle are coaxially secured, respectively, on cylinder cover and on piston so that cooling chamber is formed between bellows and flexible bottle, and hermetically closed chamber is formed between bellows, piston and inner surface of cylinder to convert energy of fuel mixture combustion into movement of piston along geometric axis of cylinder. Shape of cylinder, bellows, spring and flexible bottle can be different. Flexible prismatic bottle is made of elastic material and is reinforced by strong cord threads helically laid relative to bottle axis. EFFECT: improved efficiency of internal combustion engine. 13 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области преобразования энергии сгорания горючей смеси (горючий газ или жидкость совместно с воздухом) в механическое движение, а более конкретно к двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to the field of converting the combustion energy of a combustible mixture (combustible gas or liquid together with air) into mechanical motion, and more particularly to internal combustion engines.

Для преобразования энергии сгорания горючей смеси в возвратно-поступательное движение поршня в практике широко используются двигатели внутреннего сгорания. Internal combustion engines are widely used in practice to convert the combustion energy of a combustible mixture into reciprocating piston motion.

Известные двигатели внутреннего сгорания (Луканин В.Н., Мозов К.А. и др. "Двигатели внутреннего сгорания"; в трех книгах; М., Высшая школа, 1995 г.) состоят из одного или нескольких цилиндров с поршнями, клапанов, системы подачи горючего, системы зажигания, системы охлаждения и привода. Famous internal combustion engines (Lukanin V.N., Mozov K.A. et al. “Internal combustion engines”; in three books; M., Higher School, 1995) consist of one or more cylinders with pistons, valves, fuel supply systems, ignition systems, cooling systems and drives.

Недостатками известных двигателей внутреннего сгорания являются: обеспечение повышенной точности обработки контактирующих поверхностей поршня и цилиндра, обеспечение охлаждения и смазки трущихся поверхностей и герметичности конструкции, особенно, герметичности поршня и цилиндра при использовании горючих смесей, создающих высокое давление. Все существующие двигатели внутреннего сгорания предполагают наличие коленчатого вала для обеспечения взаимосвязанной работы цилиндров и превращения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение привода. Установка поршней на общий коленчатый вал двигателя строго регламентирует работу отдельных цилиндров и ограничивает возможность использования цилиндров по отдельности. Неполадки, возникающие в процессе работы отдельных цилиндров, существенно влияют на работу двигателя в целом и могут привести к выходу из строя двигателя. Это существенно снижает надежность двигателя внутреннего сгорания. Увеличение крутящего момента на коленчатом валу двигателя возможно только при помощи увеличения подачи горючей смеси, что приводит к неполному сгоранию горючей смеси. Сравнительно большие инерционные силы, возникающие в движущихся деталях двигателя, приводят к увеличению размеров движущихся деталей и габаритных размеров самого двигателя, создают большие нагрузки на подшипники коленчатого вала. Уменьшение длины хода поршней, для уменьшения инерционных сил приводит тоже к неполному сгоранию горючей смеси. Существенные осложнения возникают при пуске двигателя при низких температурах. Достаточно сложен ремонт и восстановление отработавшего двигателя внутреннего сгорания. The disadvantages of the known internal combustion engines are: providing increased accuracy of the processing of the contacting surfaces of the piston and cylinder, providing cooling and lubrication of the rubbing surfaces and the tightness of the structure, especially the tightness of the piston and cylinder when using combustible mixtures that create high pressure. All existing internal combustion engines require a crankshaft to ensure the interconnected operation of the cylinders and the conversion of the reciprocating motion of the piston into the rotational movement of the drive. The installation of pistons on a common engine crankshaft strictly regulates the operation of individual cylinders and limits the possibility of using cylinders separately. Malfunctions arising during the operation of individual cylinders significantly affect the operation of the engine as a whole and can lead to engine failure. This significantly reduces the reliability of the internal combustion engine. An increase in torque on the crankshaft of the engine is possible only by increasing the supply of the combustible mixture, which leads to incomplete combustion of the combustible mixture. The relatively large inertial forces arising in the moving parts of the engine lead to an increase in the size of the moving parts and the overall dimensions of the engine itself, creating large loads on the bearings of the crankshaft. Reducing the length of the pistons to reduce inertial forces also leads to incomplete combustion of the combustible mixture. Significant complications arise when starting the engine at low temperatures. The repair and restoration of an exhaust internal combustion engine is quite complicated.

В основу настоящего изобретения положена задача создания двигателя внутреннего сгорания с таким конструкторским выполнением, которое позволило бы устранить указанные выше недостатки. The present invention is based on the task of creating an internal combustion engine with such a design that would eliminate the above disadvantages.

Эта задача решена созданием двигателя внутреннего сгорания для преобразования энергии сгорания горючей смеси в механическое движение, включающего, по меньшей мере, один цилиндр с клапанами и свечой зажигания, в который соосно установлены сильфон и пружина с эластичным баллоном, крышка цилиндра, поршень и направляющая опора поршня, отличающийся тем, что, концы сильфона и пружины с эластичным баллоном соосно закреплены соответственно на крышке цилиндра и на поршне, таким образом, что между сильфоном и эластичным баллоном образуется камера охлаждения, а между сильфоном, поршнем и внутренней поверхностью цилиндра образуется герметично закрытая камера с возможностью преобразования энергии сгорания горючей смеси в движение поршня по геометрической оси цилиндра. This problem was solved by creating an internal combustion engine for converting the energy of combustion of a combustible mixture into mechanical movement, including at least one cylinder with valves and a spark plug, in which a bellows and a spring with an elastic cylinder, a cylinder cover, a piston and a piston guide bearing are coaxially mounted characterized in that the ends of the bellows and the springs with an elastic balloon are coaxially mounted respectively on the cylinder cover and on the piston, so that chambers are formed between the bellows and the elastic balloon cooling and between the bellows-type piston and the inner surface of the cylinder is hermetically closed chamber is formed to convert the energy of combustion of the combustible mixture in the piston according to a geometric axis of the cylinder.

Для предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания цилиндр является основной корпусной деталью, на одной крышке которой установлены свеча зажигания, и клапаны для горючей смеси и выхлопных газов. На другой крышке закрепляются концы сильфона, эластичного баллона и пружины. Корпус цилиндра оснащен полостью для охлаждения. Двигатель может быть оснащен несколькими цилиндрами, диаметры которых могут быть разные. Количество и диаметр цилиндров определяются из условия обеспечения требуемой мощности двигателя и времени, необходимого для достижения этой мощности, т.е. цели использования двигателя. Поршень и шток двигателя выполнены как одно целое и соосно закреплены на подвижном торце пружины. Диаметр поршня выбирается таким образом, чтобы обеспечить гарантированный радиальный зазор между поршнем и цилиндром. Размер зазора определяется из условия обеспечения бесконтактного хода поршня по длине цилиндра и условия обеспечения допустимого давления газов на сильфон. Шток установлен на направляющей опоре, которая обеспечивает необходимую траекторию движения. К поршню крепится также донная часть эластичного баллона и подвижный торец сильфона таким образом, чтобы между сильфоном и эластичным баллоном образовалась герметичная осесимметричная камера. Эта герметичная камера снабжена более одного входными клапанами и осуществляет функции насоса для охлаждающей смеси. Она также позволяет при помощи заполняющей камеру смеси часть давления газов сжигания от сильфона передавать пружине и облегчить условия работы сильфона. Регулируя усилия выпускного клапана, можно регулировать величину передаваемого давления. Усилие входного клапана определяется из условия прочности сильфона от величины отрицательного давления при всасывании охлаждающей смеси. Зазор между поршнем и цилиндром выбирается таким образом, чтобы обеспечить соответствующее осевое и радиальное давление на камеру охлаждения. Сильфон и пружина с эластичным баллоном являются основными деталями предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания и могут быть выполнены цилиндрическими или в форме усеченного конуса. Они служат как для восприятия давления газов сгорания рабочей смеси и создания усилия, необходимого для обратного перемещения поршня, так и для обеспечения охлаждения цилиндра и поршня. Цилиндр может быть снабжен и дополнительными сильфонами, установленными соосно друг другу. Параметры сильфона определяются из условия обеспечения его срока эксплуатации при заданном максимальном перемещении поршня, величины температуры эксплуатации и давления, которая воспринимает на себя сильфон. Это давление определяется разностью рабочего давления газов сжигания рабочей смеси и радиального давления, которая через охлаждающую смесь и эластичный баллон воспринимает пружина. Следовательно, для двигателя можно использовать более гибкие сильфоны, позволяющие получать большие осевые и угловые деформации, например, диафрагменные сильфоны. Предлагаемая конструкция использует упругую потенциальную энергию деформации пружины для обеспечения обратного хода поршня и обеспечивает радиальную жесткость сильфона. Осевая жесткость пружины определяется из условия обеспечения скорости возврата поршня, а радиальную жесткость пружины нужно выбирать таким образом, чтобы обеспечить прочность камеры давления (сильфона) при максимальном перемещении поршня. При этом необходимо обязательно провести проверочный расчет геометрических размеров пружины на циклическую прочность. В зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания пружина может иметь разные конструкции. Для двигателей внутреннего сгорания, имеющих небольшую мощность и малый диаметр поперечного сечения камеры сгорания, удобно пользоваться призматическими витыми пружинами, которые, имея небольшую жесткость, просты в изготовлении и могут противостоять небольшим давлениям. Для более мощных двигателей, в цилиндрах которых действуют высокие давления, предпочтение нужно отдать прорезным призматическим пружинам. Удобно использовать призматические пружины, кольцевые элементы которых работают на совместный изгиб и кручение, однако, в отличие от прорезных пружин собраны из отдельных плоских элементов, расстояние между которыми устанавливается во время сборки пружины при помощи вставных прокладок. Они позволяют не только обеспечить практически любую жесткость пружины при достаточной прочности, но и позволяют достаточно просто обеспечить получение разных осесимметричных конфигураций внутренней поверхности призматической пружины, что очень важно при использовании армированных высокопрочными нитями (корд) эластичных призматических баллонов. Использование эластичного баллона в предлагаемом двигателе позволяет обеспечить максимальную герметичность камеры охлаждения. Эластичный призматический баллон изготавливается из упругого, легкодеформируемого материала, например резины, и может иметь форму стакана или трубы. Принцип действия поршневой машины позволяет использовать материалы с невысокими прочностными характеристиками, так как стенки эластичного баллона являются промежуточным звеном для передачи высокого давления, действующего в камере сгорания, к стенкам призматической пружины, что способствует возникновению сравнительно низких напряжений в стенках эластичного баллона при функционировании двигателя. Более подробное описание работы и выбора параметров пружины с эластичным баллоном приведен в заявке на патент РФ 2001115594 от 08.06.2001 г. For the proposed design of the internal combustion engine, the cylinder is the main body part, on one cover of which a spark plug is installed, and valves for the combustible mixture and exhaust gases. On the other cover, the ends of the bellows, the elastic balloon and the spring are fixed. The cylinder body is equipped with a cooling cavity. The engine can be equipped with several cylinders, the diameters of which can be different. The number and diameter of the cylinders are determined from the condition of ensuring the required engine power and the time required to achieve this power, i.e. the purpose of using the engine. The piston and the engine rod are made integrally and coaxially mounted on the movable end of the spring. The piston diameter is selected so as to ensure a guaranteed radial clearance between the piston and the cylinder. The size of the gap is determined from the condition of ensuring a non-contact stroke of the piston along the length of the cylinder and the condition of ensuring the permissible gas pressure on the bellows. The rod is mounted on a guide support, which provides the necessary trajectory of movement. The bottom of the elastic balloon and the movable end of the bellows are also attached to the piston so that a tight axisymmetric chamber is formed between the bellows and the elastic balloon. This sealed chamber is equipped with more than one inlet valve and acts as a pump for the cooling mixture. It also allows, using the mixture filling the chamber, to transfer part of the pressure of the combustion gases from the bellows to the spring and to facilitate the working conditions of the bellows. By adjusting the forces of the exhaust valve, the amount of pressure transmitted can be adjusted. The force of the inlet valve is determined from the condition of the strength of the bellows from the magnitude of the negative pressure when the intake of the cooling mixture. The clearance between the piston and the cylinder is selected so as to provide appropriate axial and radial pressure on the cooling chamber. A bellows and a spring with an elastic balloon are the main details of the proposed design of the internal combustion engine and can be made cylindrical or in the form of a truncated cone. They serve both to absorb the pressure of the combustion gases of the working mixture and create the force necessary for the reverse movement of the piston, and to ensure cooling of the cylinder and piston. The cylinder can be equipped with additional bellows installed coaxially to each other. The parameters of the bellows are determined from the conditions for ensuring its service life at a given maximum displacement of the piston, the value of the operating temperature and the pressure that the bellows takes over. This pressure is determined by the difference in the working pressure of the combustion gases of the working mixture and the radial pressure, which the spring perceives through the cooling mixture and the elastic balloon. Consequently, more flexible bellows can be used for the engine, allowing large axial and angular deformations, such as orifice plates, to be obtained. The proposed design uses the elastic potential energy of deformation of the spring to provide a reciprocating piston and provides radial stiffness of the bellows. The axial stiffness of the spring is determined from the condition for ensuring the piston return speed, and the radial stiffness of the spring must be selected in such a way as to ensure the strength of the pressure chamber (bellows) with maximum movement of the piston. In this case, it is necessary to carry out a verification calculation of the geometric dimensions of the spring for cyclic strength. Depending on the power of the internal combustion engine, the spring may have different designs. For internal combustion engines having a small power and a small cross-sectional diameter of the combustion chamber, it is convenient to use prismatic coil springs, which, having low stiffness, are simple to manufacture and can withstand low pressures. For more powerful engines with high pressures in their cylinders, preference should be given to slotted prismatic springs. It is convenient to use prismatic springs, the ring elements of which work for joint bending and torsion, however, unlike slotted springs, they are assembled from separate flat elements, the distance between which is established during the assembly of the spring using insert gaskets. They allow not only to provide almost any spring stiffness with sufficient strength, but also make it quite simple to obtain different axisymmetric configurations of the inner surface of the prismatic spring, which is very important when using elastic prismatic cylinders reinforced with high-strength threads (cord). The use of an elastic cylinder in the proposed engine allows for maximum tightness of the cooling chamber. An elastic prismatic balloon is made of an elastic, easily deformable material, such as rubber, and may be in the form of a glass or pipe. The principle of operation of the piston machine allows the use of materials with low strength characteristics, since the walls of the elastic cylinder are an intermediate link for transferring high pressure acting in the combustion chamber to the walls of the prismatic spring, which contributes to the emergence of relatively low stresses in the walls of the elastic cylinder during engine operation. A more detailed description of the operation and selection of the parameters of the spring with an elastic balloon is given in the patent application of the Russian Federation 2001115594 dated 06/08/2001.

Допускается, чтобы цилиндр, поршень, сильфон, эластичный баллон и пружина двигателя имели призматическую форму, что практически осуществимо, так как между поршнем и цилиндром существует зазор. Это позволит использовать разного поперечного сечения цилиндры, и тем самым появятся большие возможности для компоновки многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. It is allowed that the cylinder, piston, bellows, elastic cylinder and engine spring have a prismatic shape, which is practically feasible, since there is a gap between the piston and the cylinder. This will make it possible to use cylinders of different cross-sections, and thereby there will be great opportunities for the layout of a multi-cylinder internal combustion engine.

Допускается, чтобы цилиндр, сильфон, эластичный баллон и призматическая пружина двигателя имели форму отсеченного тора. Предлагаемая конструкция машины допускает существование зазора между полостью цилиндра и поршня, что позволяет осуществить бесконтактное движение поршня по дуге окружности, если цилиндр, сильфон, эластичный баллон и призматическая пружина имеют форму отсеченного тора, а направляющая опора является вращательной парой. Это позволяет в двигателе внутреннего сгорания, без применения коленчатого вала, осуществить поворот определенного звена двигателя относительно определенной оси. При использовании в двигателе нескольких аналогичных цилиндров с поршнями, имеющих фазовый сдвиг перемещений поршней друг относительно друга, можно осуществить непрерывное вращение прямолинейного приводного вала, если на приводном валу установить обгонные муфты, кинематически связанные со штоками. При этом уменьшаются инерционные силы и существенно снижаются нагрузки на подшипниках вала. It is allowed that the cylinder, bellows, elastic cylinder and prismatic spring of the engine have the shape of a cut off torus. The proposed machine design allows the existence of a gap between the cylinder cavity and the piston, which allows for non-contact movement of the piston along an arc of a circle if the cylinder, bellows, elastic balloon and prismatic spring have the shape of a cut-off torus, and the guide bearing is a rotational pair. This allows the internal combustion engine, without the use of a crankshaft, to carry out the rotation of a certain engine link about a certain axis. When several similar cylinders with pistons are used in the engine, which have a phase shift of the piston movements relative to each other, it is possible to continuously rotate the rectilinear drive shaft if overrunning clutches kinematically connected to the rods are installed on the drive shaft. In this case, the inertial forces are reduced and the loads on the shaft bearings are significantly reduced.

Допускается применение предварительно напряженной составной призматической пружины и сильфона, что позволит при неизменной жесткости основной пружины существенно регулировать жесткость камеры сгорания и охлаждения. Например, установив винтовую пружину, между витками которой в начальный момент отсутствует зазор, внутрь прорезной пружины необходимой жесткости можно при помощи увеличения количества витков на длине пружины обеспечить минимальный размер межвиткового расстояния при максимальном ходе поршня и тем самым существенно уменьшить рабочие напряжения, действующие в стенках эластичного призматического баллона. Это позволит в конструкции поршневой машины использовать эластичные призматические баллоны, имеющие невысокие характеристики прочности. Предварительное напряженное состояние пружины может обеспечить соответствующую жесткость перемещения поршня при подаче горючей смеси и позволит регулировать скорость обратного хода поршня. It is allowed to use a prestressed composite prismatic spring and bellows, which will allow for constant stiffness of the main spring to significantly control the stiffness of the combustion and cooling chamber. For example, by installing a helical spring, between the turns of which there is no gap at the initial moment, inside the slotted spring of the necessary stiffness, by increasing the number of turns on the spring length, it is possible to ensure a minimum inter-turn distance at the maximum piston stroke and thereby significantly reduce the operating stresses acting in the walls of the elastic prismatic balloon. This will allow the use of elastic prismatic cylinders with low strength characteristics in the design of the piston machine. The pre-stressed state of the spring can provide the appropriate stiffness of the piston when feeding the combustible mixture and will allow you to adjust the speed of the reverse stroke of the piston.

Для обеспечения охлаждения цилиндра и поршня их снабжают полостями, сообщающимися с камерой охлаждения. Это позволит при перемещении поршня обеспечить подачу охлаждающей смеси в камеру охлаждения и вывод ее через клапаны, установленные на камере охлаждения. Установив размеры камеры охлаждения таким образом, чтобы при одном ходе поршня обеспечить необходимый теплоотвод, можно обеспечить оптимальную систему охлаждения двигателя. Охлаждение будет обеспечиваться только для цилиндров, которые выполняют рабочий цикл. To ensure cooling of the cylinder and piston, they are provided with cavities in communication with the cooling chamber. This will allow for the movement of the piston to ensure the supply of the cooling mixture into the cooling chamber and its output through the valves installed on the cooling chamber. By setting the dimensions of the cooling chamber in such a way that in one stroke of the piston to provide the necessary heat sink, it is possible to provide an optimal engine cooling system. Cooling will only be provided for cylinders that perform a duty cycle.

Можно на внутреннюю поверхность призматической пружины нанести антифрикционное покрытие, например, графит. Это позволит существенно уменьшить силы трения между призматической пружиной и эластичным призматическим баллоном и тем самым увеличить долговечность эластичного баллона. It is possible to apply an antifriction coating, for example, graphite, on the inner surface of the prismatic spring. This will significantly reduce the frictional force between the prismatic spring and the elastic prismatic balloon, and thereby increase the durability of the elastic balloon.

Для увеличения контактной прочности эластичного призматического баллона его можно армировать винтообразно расположенными относительно продольной оси баллона прочными нитями (кордом). Такое расположение армировки позволяет обеспечить сравнительно высокую прочность эластичного баллона при его достаточной эластичности, что создаст условия для использования горючих смесей, создающих высокие давления. In order to increase the contact strength of an elastic prismatic balloon, it can be reinforced with strong threads (cord) screwed relative to the longitudinal axis of the balloon. This arrangement of the reinforcement allows for a relatively high strength of the elastic cylinder with its sufficient elasticity, which will create conditions for the use of combustible mixtures that create high pressures.

Для получения высокой степени сжатия рабочей смеси и увеличения осевой силы давления, действующей на поршень, свободная поверхность поршня может иметь вогнутую форму. To obtain a high compression ratio of the working mixture and increase the axial pressure force acting on the piston, the free surface of the piston can be concave.

Возможно разъемное соединение поршня к штоку. Это позволит увеличить возможности конструктивной компоновки двигателя. Pluggable connection of the piston to the stem is possible. This will increase the capabilities of the structural layout of the engine.

Удобно установить на камеру охлаждения более одного выпускного клапана. Это позволит уменьшить время обратного хода поршня, а, установив их на разных точках камеры, обеспечить лучшее охлаждение нагреваемых деталей двигателя. It is convenient to install more than one exhaust valve on the cooling chamber. This will reduce the time of the piston return stroke, and by installing them at different points of the chamber, to provide better cooling of the heated engine parts.

Предлагаемое конструктивное выполнение двигателя внутреннего сгорания позволяет снизить точность изготовления ее деталей и тем самым существенно уменьшить трудоемкость производства. Без дополнительных осложнений конструкции двигателя обеспечивается высокая герметичность камеры сгорания, отпадает необходимость использования коленчатого вала и насоса охлаждения. Работа отдельных цилиндров осуществляется независимо друг от друга, что позволяет в цилиндры перманентно подавать оптимальный состав горючей смеси, а величину скорости и крутящего момента на приводном валу обеспечить, меняя частоту зажигания и количество функционирующих цилиндров, что допускает установку электронного управления двигателем и создание больших мощностей за малый промежуток времени. Уменьшаются габаритные размеры двигателя. Облегчается пуск двигателя в холодных условиях эксплуатации (отсутствует смазка между поршнем и цилиндром) и обслуживание двигателя. При этом существенно упрощается ремонт двигателя, который сводится к замене сильфона и эластичного баллона, без ухудшения эксплуатационных характеристик двигателя. The proposed structural design of the internal combustion engine allows to reduce the accuracy of manufacturing its parts and thereby significantly reduce the complexity of production. Without additional complications of the engine design, a high tightness of the combustion chamber is ensured, the need for using a crankshaft and a cooling pump is eliminated. The operation of individual cylinders is carried out independently of each other, which allows the optimal composition of the combustible mixture to be permanently supplied to the cylinders, and the speed and torque on the drive shaft can be provided by changing the ignition frequency and the number of functioning cylinders, which allows the installation of electronic engine control and the creation of large powers for short time span. Overall dimensions of the engine are reduced. It facilitates starting the engine in cold operating conditions (there is no lubrication between the piston and the cylinder) and engine maintenance. At the same time, engine repair is greatly simplified, which boils down to replacing a bellows and an elastic cylinder, without impairing engine performance.

Для лучшего понимания изобретения приведены схематичные изображения предлагаемой поршневой машины:
фиг. 1 схематично изображает двигатель внутреннего сгорания, выполненный согласно изобретению;
фиг.2 схематично изображает вариант двигателя внутреннего сгорания с цилиндром, имеющим форму отсеченного тора.For a better understanding of the invention are schematic images of the proposed piston machine:
FIG. 1 schematically depicts an internal combustion engine made according to the invention;
figure 2 schematically depicts a variant of an internal combustion engine with a cylinder having the shape of a cut off torus.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр 2 (фиг.1; фиг.2), на одном торце которого установлены свеча зажигания и клапаны 9 для рабочей смеси и выхлопных газов. Другой торец цилиндра 2 закрывается крышкой 10, на котором закрепляются соосно концы сильфона 5, эластичного баллона 6 и пружины 7. Противоположные концы сильфона 5, эластичного баллона 6 и пружины 7 закреплены на поршне 1 таким образом, что создают герметичную камеру охлаждения, сообщающуюся с камерой охлаждения цилиндра. Камера охлаждения снабжена клапанами 4 и служит как насос для охлаждающей смеси. На крышке цилиндра 10 установлена направляющая опора 11 (на схеме соединение не показано). The proposed internal combustion engine contains at least one cylinder 2 (Fig. 1; Fig. 2), at one end of which a spark plug and valves 9 for the working mixture and exhaust gases are installed. The other end of the cylinder 2 is closed by a cover 10, on which the ends of the bellows 5, the elastic balloon 6 and the spring 7 are fixed coaxially. The opposite ends of the bellows 5, the elastic balloon 6 and the spring 7 are mounted on the piston 1 in such a way that they create a sealed cooling chamber in communication with the camera cylinder cooling. The cooling chamber is equipped with valves 4 and serves as a pump for the cooling mixture. A guide support 11 is mounted on the cylinder cover 10 (the connection is not shown in the diagram).

На фиг.2 показана схема выполнения предлагаемого изобретения, когда цилиндр 2, сильфон 5, пружина 7 и эластичный баллон 6 двигателя внутреннего сгорания имеют форму отсеченного тора, а направляющая опора 11 является вращающейся парой, снабженной функциями обгонной муфты. На схеме показан также приводной вал 12 двигателя, на котором установлена обгонная муфта. Figure 2 shows a diagram of the implementation of the present invention, when the cylinder 2, the bellows 5, the spring 7 and the elastic cylinder 6 of the internal combustion engine have the shape of a cut off torus, and the guide bearing 11 is a rotating pair provided with the functions of an overrunning clutch. The diagram also shows the drive shaft 12 of the engine on which the freewheel is mounted.

Двигатель внутреннего сгорания предлагаемой конструкции работает следующим образом. The internal combustion engine of the proposed design works as follows.

Через входной клапан 9 в камеру сгорания под давлением подается горючая смесь. При включении зажигания происходит возгорание горючей смеси, образующиеся газы давят на поршень 1 и обеспечивают его рабочий ход. Усилие давления на поршень 1 и давление, действующее на сильфон 5, создают давление на охлаждающую смесь: открывается выпускной клапан 4 камеры охлаждения и при рабочем ходе поршня 1 выталкивается нагретый охлаждающий смесь из камеры охлаждения. Под действием упругого усилия, возникающего в пружине 7 и сильфоне 5, движение поршня 1 останавливается. Закрывается выпускной клапан 4 камеры охлаждения, открывается выхлопной клапан камеры сгорания 9 и под действием упругих сил поршень 1 возвращается в начальную позицию. При этом открывается входной клапан 4 камеры охлаждения и в камеру охлаждения поступает охлаждающая смесь. После возвращения поршня 1 в начальное положение закрывается выхлопной клапан камеры сгорания 9 и в камеру сгорания под давлением поступает следующая порция горючей смеси. Цилиндр 2 готов для выполнения следующего рабочего цикла, начало которого определяется частотой подачи искры зажигания в данном цилиндре. Количество цилиндров, функционирующих в двигателе, одновременно определяют величину крутящего момента на валу двигателя. Through the inlet valve 9, a combustible mixture is supplied into the combustion chamber under pressure. When the ignition is ignited, the combustible mixture ignites, the gases formed press on the piston 1 and provide its working stroke. The pressure exerted on the piston 1 and the pressure acting on the bellows 5 create pressure on the cooling mixture: the exhaust valve 4 of the cooling chamber opens and during the working stroke of the piston 1 the heated cooling mixture is pushed out of the cooling chamber. Under the action of the elastic force arising in the spring 7 and the bellows 5, the movement of the piston 1 stops. The exhaust valve 4 of the cooling chamber is closed, the exhaust valve of the combustion chamber 9 is opened, and under the action of elastic forces, the piston 1 returns to its initial position. This opens the inlet valve 4 of the cooling chamber and the cooling mixture enters the cooling chamber. After the piston 1 returns to its initial position, the exhaust valve of the combustion chamber 9 is closed and the next portion of the combustible mixture enters the combustion chamber under pressure. Cylinder 2 is ready to perform the next duty cycle, the beginning of which is determined by the frequency of supply of the ignition spark in this cylinder. The number of cylinders operating in the engine, at the same time determine the amount of torque on the engine shaft.

Настоящее изобретение может быть использовано во всех устройствах и машинах, где используются двигатели внутреннего сгорания. The present invention can be used in all devices and machines where internal combustion engines are used.

Claims (13)

1. Двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, один цилиндр с клапанами и свечой зажигания, крышку цилиндра, поршень и направляющую опору поршня, отличающийся тем, что в цилиндр соосно установлены сильфон и пружина с эластичным баллоном, концы сильфона и пружины с эластичным баллоном соосно закреплены соответственно на крышке цилиндра и на поршне таким образом, что между сильфоном и эластичным баллоном образуется камера охлаждения, а между сильфоном, поршнем и внутренней поверхностью цилиндра образуется герметично закрытая камера с возможностью преобразования энергии сгорания горючей смеси в движение поршня по геометрической оси цилиндра. 1. An internal combustion engine comprising at least one cylinder with valves and a spark plug, a cylinder cover, a piston and a piston guide bearing, characterized in that a bellows and a spring with an elastic cylinder, bellows ends and springs with an elastic cylinder are coaxially mounted respectively, coaxially mounted on the cylinder head and on the piston in such a way that a cooling chamber is formed between the bellows and the elastic cylinder, and hermetically closed between the bellows, the piston and the inner surface of the cylinder Single camera capable of converting the energy of combustion of the combustible mixture in the piston according to a geometric axis of the cylinder. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр, сильфон, пружина и эластичный баллон имеют призматическую форму. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the cylinder, bellows, spring and elastic cylinder have a prismatic shape. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр, сильфон, пружина и эластичный баллон имеют форму отсеченного тора, а поршень установлен с возможностью перемещения по геометрической оси цилиндра при помощи направляющей опоры вращения. 3. The engine according to claim 1, characterized in that the cylinder, bellows, spring and elastic cylinder have the shape of a cut off torus, and the piston is mounted to move along the geometric axis of the cylinder using the guide support of rotation. 4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что цилиндр и поршень оснащены герметичными камерами, сообщающимися с камерой охлаждения. 4. The engine according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the cylinder and piston are equipped with sealed chambers in communication with the cooling chamber. 5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что сильфон, пружина и эластичный баллон выполнены цилиндрическими. 5. The engine according to claim 1, characterized in that the bellows, spring and elastic cylinder are cylindrical. 6. Двигатель по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что камера охлаждения оснащена клапанами для подачи охлаждающей смеси. 6. The engine according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the cooling chamber is equipped with valves for supplying a cooling mixture. 7. Двигатель по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что эластичный призматический баллон изготовлен из эластичного материала и армирован винтообразно расположенными относительно оси баллона прочными нитями, например, кордом. 7. The engine according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the elastic prismatic balloon is made of an elastic material and reinforced with strong threads helically arranged relative to the axis of the balloon, for example, cord. 8. Двигатель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что свободная поверхность поршня имеет вогнутую форму. 8. The engine according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the free surface of the piston has a concave shape. 9. Двигатель по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что пружина - составная, а пружина и сильфон закреплены в предварительно напряженном состоянии. 9. The engine according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the spring is composite, and the spring and the bellows are fixed in a prestressed state. 10. Двигатель по любому из пп. 1, 4 и 6-9, отличающийся тем, что сильфон, пружина и эластичный баллон имеют форму усеченного конуса. 10. The engine according to any one of paragraphs. 1, 4 and 6-9, characterized in that the bellows, spring and elastic balloon are in the form of a truncated cone. 11. Двигатель по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что цилиндр снабжен дополнительными сильфонами, установленными соосно друг другу. 11. The engine according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the cylinder is equipped with additional bellows mounted coaxially to each other. 12. Двигатель по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что поршень и шток выполнены разъемным соединением. 12. The engine according to any one of paragraphs. 1-11, characterized in that the piston and rod are made detachable connection. 13. Двигатель по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что камера охлаждения снабжена более одного входными клапанами. 13. The engine according to any one of paragraphs. 1-11, characterized in that the cooling chamber is equipped with more than one inlet valve.

Images