RU2706528C1 - Single-cycle internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of internal combustion engines. Essence of invention consists in that compression-ignition internal combustion engine comprises stepped cylinder, in which stepped piston equipped with compression rings is installed with possibility of movement along cylinder axis, and dividing cylinder into upper and lower chambers. Upper and lower chambers are made of cylindrical annular shape. Inside the movable stepped piston there is another fixed piston, which forms with the movable piston additional upper and lower suction chambers. At that, in movable piston position in "top dead point" upper working cylindrical annular chamber through openings in cylinder walls is connected to engine casing, and through openings in movable piston walls with upper suction chamber. Bottom suction chamber at this point is communicated via check valve with atmosphere. In the position of the movable piston at the "bottom dead point", the lower annular working chamber is connected to the engine casing and to the lower suction chamber, and the upper suction chamber is communicated with the atmosphere via a check valve.

EFFECT: increased specific power of engine.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве однотактных двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the production of single-cycle internal combustion engines.

Известен «Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляется одновременно с рабочим ходом, отличающийся тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан в виде пустотелого цилиндра с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление которого, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.The well-known "Single-cycle rotary-compressor internal combustion engine containing a compressor, a gear two-rotor engine, a gas distribution system, power supply, cooling, lubrication and control, in which air inlet, air compression and exhaust is carried out simultaneously with the stroke, characterized in that each the rotor of the gear two-rotor internal combustion engine is installed on one working tooth, and before entering the combustion chamber, formed between the contact line of the cylindrical walls of the rotors st The body spacers, the working surfaces of two teeth and the outer cylindrical wall of the gas distribution drum, have a gas distribution drum in the form of a hollow cylinder with an impeller fixed inside, which rotate in an air cushion, while compressed air coming from the receiver of a screw compressor used in the engine as an external source compressed air is supplied to the gas distribution drum through an opening in the end wall, from where it passes through a bypass channel located along the cylinder of the gas distribution drum’s wall, it enters the combustion chamber, where after starting and warming up the engine it is possible to use environmentally friendly working strokes that serve to further cool the engine by spraying water instead of fuel into the combustion chamber, which after heat exchange with hot internal parts of the engine can turn into steam, the pressure of which, acting on the cross-sectional area of two working teeth, is converted into useful work in the form of rotational motion with positive torque on the motor output shafts.

Патент на изобретение РФ №2470167, МКИ: F02B 53/08, д.публ. 10.06.2011. Известен «Однотактный рекуперационный двигатель, оборудованный системами обеспечения работы, содержащий, по крайней мере, одну рабочую камеру, оборудованную двумя торцевыми крышками, внутри которой установлен, по крайней мере, один поршень двойного действия с двумя рабочими поверхностями, разделяющий рабочую камеру, по крайней мере, на два рабочих объема, поршень соединен, по крайней мере, с одним штоком, по крайней мере, одного бесшатунного преобразователя движения, который обеспечивает поршню выстой в мертвых точках, при этом система рекуперации выполнена воздушной и снабжена ресивером, а рабочая камера выполнена с возможностью работы в режиме компрессора.Patent for the invention of the Russian Federation No. 2470167, MKI: F02B 53/08, dub. 06/10/2011. Known "single-cycle recovery engine, equipped with work support systems, containing at least one working chamber, equipped with two end caps, inside of which at least one double-acting piston with two working surfaces is installed, separating the working chamber, at least , over two working volumes, the piston is connected to at least one rod of at least one rodless motion transducer, which provides the piston with dead center position, while the system p The operation is performed by air and equipped with a receiver, and the working chamber is made with the possibility of working in compressor mode.

Патент на изобретение РФ №2440500, МКИ: F02B 75/32, д.публ. 20.01.2012 Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является Двухтактный двигатель внутреннего сгорания», содержащий ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень с компрессионными кольцами, делящий цилиндр на две полости, одна из которых кольцевая боковая, в стенках которой выполнены впускные окна, является рабочей, а вторая - надпоршневая полость выполнена с выхлопным каналом, отличающийся тем, что ступенчатый поршень в верхней части снабжен компрессионным кольцом, а надпоршневая полость выполнена как всасывающая и снабжена перепускными окнами, выполненными как боковые проточки в компрессионном кольце ступенчатого поршня, при этом выхлопной канал, связывающий всасывающую полость с атмосферой, снабжен обратным клапаном, а впускные окна рабочей полости расположены под углом 45° к цилиндрической стенке рабочей полости в плоскости поперечного сечения, кроме того, объемы всасывающей и рабочей полостей соотносятся между собой как (3-4):1.Patent for the invention of the Russian Federation No. 2440500, MKI: F02B 75/32, dub. 01/20/2012 The closest analogue to the invention as proposed is a two-stroke internal combustion engine "comprising a step cylinder, in which a step piston with compression rings is installed that can be moved along the cylinder axis, dividing the cylinder into two cavities, one of which is an annular lateral, in the walls of which the inlet windows are made, is working, and the second - the supra-piston cavity is made with an exhaust channel, characterized in that the step piston in the upper part is equipped with a compress ring, and the supra-piston cavity is designed as a suction cavity and is equipped with bypass windows made as side grooves in the compression ring of the stepped piston, while the exhaust channel connecting the suction cavity to the atmosphere is equipped with a check valve and the inlet windows of the working cavity are located at an angle of 45 ° to the cylindrical wall of the working cavity in the plane of the cross section, in addition, the volumes of the suction and working cavities are correlated as (3-4): 1.

Патент на изобретение РФ, №2638419, МКИ: F02B 75/32,.публ. 13.12.2017.Patent for the invention of the Russian Federation, No. 2638419, MKI: F02B 75/32, publ. 12/13/2017.

К техническому результату относится увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания без увеличения его габаритов, массы, нагрузки на детали и частоты вращения коленчатого вала, за счет установки внутри подвижного ступенчатого поршня еще одного неподвижного поршня, образующего с подвижным поршнем две дополнительные просасывающие камеры верхнюю и нижнюю.The technical result includes an increase in the power of the internal combustion engine without increasing its dimensions, mass, load on the parts and the crankshaft rotation speed, due to the installation of another stationary piston inside the movable step piston, which forms two additional suction chambers upper and lower with the movable piston.

Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что Однотактный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень, снабженный компрессионными кольцами, и делящий цилиндр на две камеры верхнюю и нижнюю. При этом верхняя и нижняя камеры выполнены рабочими цилиндрической кольцевой формы. Внутри подвижного ступенчатого поршня установлен еще один неподвижный поршень, образующий с подвижным поршнем две дополнительные просасывающие камеры верхнюю и нижнюю. При этом в положении подвижного поршня в «верхней мертвой точке» верхняя рабочая цилиндрическая кольцевая камера через окна в стенках цилиндра соединена с картером двигателя, а через окна в стенках подвижного поршня - с верхней просасывающей камерой. В свою очередь, нижняя просасывающая камера соединена через обратный клапан с атмосферой. При положении подвижного поршня в «нижней мертвой точке», нижняя кольцевая рабочая камера соединена с картером двигателя и с нижней просасывающей камерой, а верхняя просасывающая камера - с атмосферой через обратный клапан.The achievement of this technical result is ensured by the fact that the single-cycle compression ignition internal combustion engine comprises a step cylinder, in which a step piston equipped with compression rings is mounted to move along the cylinder axis and dividing the cylinder into two chambers, upper and lower. In this case, the upper and lower chambers are made by workers of a cylindrical annular shape. Inside the movable step piston, another stationary piston is installed, which forms two additional suction chambers, upper and lower, with the movable piston. In this case, in the position of the movable piston at the “top dead center”, the upper working cylindrical annular chamber is connected through the windows in the cylinder walls to the engine crankcase, and through the windows in the walls of the movable piston, to the upper suction chamber. In turn, the lower suction chamber is connected through a check valve to the atmosphere. When the movable piston is in the “bottom dead center” position, the lower annular working chamber is connected to the crankcase and the lower suction chamber, and the upper suction chamber to the atmosphere through a non-return valve.

Однотактный двигатель внутреннего сгорания поясняется чертежом на Фиг. 1.A single-cycle internal combustion engine is illustrated by the drawing in FIG. one.

Фиг. 1 - Однотактный двигатель внутреннего сгорания (общий чертеж-схема).FIG. 1 - Single-cycle internal combustion engine (general drawing-scheme).

Однотактный двигатель внутреннего сгорания согласно фиг 1 содержит: корпус 1, ступенчатый цилиндр 2, ступенчатый поршень 3, соединенный шатуном 4 непосредственно с коленчатым валом, и неподвижный поршень 5, расположенный внутри полого поршня 3.The single-cycle internal combustion engine according to FIG. 1 comprises: a housing 1, a stepped cylinder 2, a stepped piston 3 connected by a connecting rod 4 directly to the crankshaft, and a stationary piston 5 located inside the hollow piston 3.

Цилиндр 2 с подвижным поршнем 3 образуют верхнюю цилиндрическую кольцевую рабочую камеру 6 и нижнюю цилиндрическую кольцевую рабочую камеру 7. Подвижный поршень 3 с неподвижным поршнем 5 образуют две дополнительные просасывающие камеры: верхнюю 8 и нижнюю 9. Кольцевые рабочие камеры 6 и 7 окнами 10, 11 и 12и кольцевым каналом 13 сообщаются с картером 14 двигателя.Cylinder 2 with a movable piston 3 form the upper cylindrical annular working chamber 6 and the lower cylindrical annular working chamber 7. The movable piston 3 with the stationary piston 5 form two additional suction chambers: the upper 8 and lower 9. The annular working chambers 6 and 7 with windows 10, 11 and 12 and the annular channel 13 are in communication with the crankcase 14 of the engine.

Окна 15 при положении поршня 3 «в верхней мертвой точке» соединяют кольцевую рабочую камеру 6 с верхней просасывающей камерой 8, образованной между подвижным 3 и неподвижным 5 поршнями, а в положении поршня в «нижней мертвой точке» нижнюю кольцевую рабочую камеру - с нижней просасывающей камерой 9. Нижняя и верхняя просасывающие камеры 8 и 9, образованные между подвижным 3 и неподвижным 5 поршнями окнами 16 и 17 с обратными клапанами 18 через канал 19 и окна 20 и 21 сообщаются с атмосферой.Windows 15, when the piston 3 is in the “top dead center” position, connect the annular working chamber 6 with the upper suction chamber 8 formed between the movable 3 and the stationary 5 pistons, and in the piston position at the “bottom dead center” the lower annular working chamber with the lower suction chamber chamber 9. The lower and upper suction chambers 8 and 9, formed between the movable 3 and the stationary 5 pistons, the windows 16 and 17 with the check valves 18 through the channel 19 and the windows 20 and 21 communicate with the atmosphere.

Для придания просасываемому воздуху вихревого движения окна 11 и 12 выполнены под углом 45° относительно касательной к боковой поверхности цилиндра. Форсунки 22 и 23 предназначены для впрыска топлива в кольцевые рабочие камеры 6 и 7.To give swirling air to swirling air, windows 11 and 12 are made at an angle of 45 ° relative to the tangent to the side surface of the cylinder. Injectors 22 and 23 are designed for fuel injection into the annular working chambers 6 and 7.

Однотактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом: процессы происходят одновременно и в верхней и в нижней части цилиндра с отставанием по фазе на 180°. В положении подвижного поршня 3 «верхняя мертвая точка» происходит просасывание верхней кольцевой рабочей камеры 6 через окна 10, канал 13 и окна 12 и 15 воздухом из картера 14, содержащим пары масла, необходимого для смазки, и выпуск отработавших газов из нижней просасывающей камеры 9 через окна 16 с обратным клапаном 18, канал 19 и окна 20 и 21 осуществляется в атмосферу, а впрыск топлива в нижнюю кольцевую рабочую камеру 7 осуществляется из форсунки 22. При движении поршня 3 к «нижней мертвой точке» в верхней кольцевой рабочей камере 6 воздух сжимается, а в нижней кольцевой рабочей камере 7 расширяются продукты горения, производя полезную механическую работу, соответственно в нижней просасывающей камере 9 при закрытом обратном клапане 18 образуется вакуум.A single-stroke internal combustion engine works as follows: processes occur simultaneously in the upper and lower parts of the cylinder with a phase lag of 180 °. In the position of the moving piston 3 “top dead center”, the upper annular working chamber 6 is sucked through the windows 10, the channel 13 and the windows 12 and 15 by air from the crankcase 14 containing the oil vapor necessary for lubrication, and the exhaust gas is exhausted from the lower suction chamber 9 through the windows 16 with a non-return valve 18, the channel 19 and the windows 20 and 21 are carried out into the atmosphere, and fuel is injected into the lower annular working chamber 7 from the nozzle 22. When the piston 3 moves to the “bottom dead center” in the upper annular working chamber 6, air shrinks and in the lower annular working chamber 7, the combustion products expand, producing useful mechanical work, respectively, in the lower suction chamber 9, when the check valve 18 is closed, a vacuum is formed.

При достижении поршнем 3 «нижней мертвой точки» происходит впрыск топлива через форсунку 23 в кольцевую рабочую камеру 6. Вихревое кольцевое движение воздуха в камере сгорания способствует интенсивному и полному сгорания топлива.When the piston 3 reaches the “bottom dead center”, fuel is injected through the nozzle 23 into the annular working chamber 6. The vortex ring motion of air in the combustion chamber contributes to intensive and complete combustion of the fuel.

Далее - в описанном выше порядке только при движении поршня 3 к «верхней мертвой точке».Further, in the order described above, only when the piston 3 moves to the “top dead center”.

Таким образом, при каждом обороте коленчатого вала происходит два рабочих хода в одном цилиндре, что приводит к удвоению мощности двухтактного двигателя или увеличению в четыре раза мощности четырехтактного двигателя без увеличения нагрузки на узлы двигателя, габаритов, массы и частоты вращения коленчатого вала.Thus, with each revolution of the crankshaft, there are two working strokes in one cylinder, which leads to a doubling of the power of a two-stroke engine or a four-fold increase in the power of a four-stroke engine without increasing the load on the engine assemblies, dimensions, mass and speed of the crankshaft.

Применяя предлагаемое изобретение для модернизации существующих двигателей, можно, например, увеличить мощность двигателей: Владимирского четырехцилиндрового с 60 л.с. до 240 л.с, Ярославского ЯМЗ 650.10 с 412 л.с. до 1648 л.с, Ленинградского М756 с 1000 л.с. до 4000 л.с. без увеличения габаритов, массы, нагрузки на детали и числа оборотов коленчатого вала.Applying the proposed invention to the modernization of existing engines, it is possible, for example, to increase the power of engines: Vladimir four-cylinder from 60 hp up to 240 hp, Yaroslavl YMZ 650.10 with 412 hp up to 1648 hp, Leningrad M756 with 1000 hp up to 4000 hp without increasing the dimensions, mass, load on the parts and the number of revolutions of the crankshaft.

Claims (1)

Однотактный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень, снабженный компрессионными кольцами и делящий цилиндр на две камеры - верхнюю и нижнюю, отличающийся тем, что верхняя и нижняя камеры выполнены рабочими цилиндрической кольцевой формы, а внутри подвижного ступенчатого поршня установлен еще один неподвижный поршень, образующий с подвижным поршнем две дополнительные просасывающие камеры - верхнюю и нижнюю, при этом в положении подвижного поршня в «верхней мертвой точке» верхняя рабочая цилиндрическая кольцевая камера через окна в стенках цилиндра соединена с картером двигателя, а через окна в стенках подвижного поршня - с верхней просасывающей камерой, а нижняя просасывающая камера соединена через обратный клапан с атмосферой, в свою очередь, при положении подвижного поршня в «нижней мертвой точке» нижняя кольцевая рабочая камера соединена с картером двигателя и с нижней просасывающей камерой, а верхняя просасывающая камера - с атмосферой через обратный клапан.A one-stroke compression ignition internal combustion engine comprising a step cylinder, in which a step piston is arranged to move along the cylinder axis, provided with compression rings and dividing the cylinder into two chambers - an upper and a lower one, characterized in that the upper and lower chambers are made of cylindrical workers ring-shaped, and inside the movable step piston there is another stationary piston that forms two additional suction chambers with a movable piston - the upper and lower, while in the position of the movable piston at the “top dead center” the upper working cylindrical annular chamber is connected through the windows in the cylinder walls to the crankcase, and through the windows in the walls of the movable piston it is connected to the upper suction chamber, and the lower suction chamber is connected through the return a valve with atmosphere, in turn, with the position of the movable piston at the “bottom dead center”, the lower annular working chamber is connected to the crankcase and the lower suction chamber, and the upper suction chamber to atmosphere through the check valve.

Images