PL195052B1

PL195052B1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: PL195052B1
Application number: PL335854A
Authority: PL
Inventors: Piotr Mężyk
Original assignee: Mezyk Piotr
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2007-08-31
Also published as: PL335854A1

Abstract

Silnik spalinowy charakteryzuje się tym, że w połączonych przestrzeniach cylindrów (1a, 1b) umieszczone są odpowiednio co najmniej dwa tłoki (2a, 2b), przy czym jeden tłok (2a) pracuje w cyklu czterosuwowym, a drugi tłok (2b) pracuje w cyklu dwusuwowym. Silnik posiada jeden wspólny dla części czterosuwowej i dwusuwowej układ zapłonu (4) i jeden wspólny dla części czterosuwowej i dwusuwowej układ dostarczania paliwa (3). Denka tłoków są wyprofilowane od strony świec zapłonowych tak, że tworzona jest w tym miejscu większa wolna przestrzeń niż przy pozostałych częściach denek tych cylindrów. W miejscu dostarczania paliwa do przestrzeni międzytłokowej jest umieszczony wlot dodatkowego powietrza.The internal combustion engine is characterized in that at least two pistons (2a, 2b) are placed in the connected spaces of the cylinders (1a, 1b), with one piston (2a) operating in a four-stroke cycle and the other piston (2b) operating in a four-stroke cycle. two-stroke. The engine has one common ignition system for the four-stroke and two-stroke parts (4) and one common fuel delivery system for the four-stroke and two-stroke parts (3). The tops of the pistons are profiled from the side of the spark plugs so that a larger free space is created in this place than at the other parts of the tops of these cylinders. In the place of fuel supply to the space between the pistons, there is an additional air inlet.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy tłokowy to jest silnik cieplny o spalaniu wewnętrznym, w którym ruch tłoka wywołany jest ciśnieniem spalin powstających ze spalania mieszanki palnej, na przykład paliwowo-powietrznej, wewnątrz cylindra silnika.The subject of the invention is a reciprocating internal combustion engine, i.e. an internal combustion heat engine, in which the movement of the piston is caused by the pressure of exhaust gases resulting from the combustion of a combustible mixture, for example fuel-air mixture, inside the engine cylinder.

Znane są powszechnie silniki spalinowe, w których pełny obieg odbywa się w czasie czterech kolejnych suwów tłoka co odpowiada pełnemu obrotowi wału korbowego. Są to silniki czterosuwowe. Dopływ odpowiednich mediów do cylindrów jest regulowany mechanizmem rozrządu. Ważnym elementem konstrukcyjnym tych silników są zawory wlotowe i wylotowe. Silnik czterosuwowy między innymi z uwagi na system zaworów nie może osiągać bardzo wysokich obrotów. Znane są również powszechne silniki spalinowe tłokowe, w których pełny obieg odbywa się w czasie dwóch kolejnych suwów tłoka, co odpowiada jednemu pełnemu obrotowi wału korbowego. Są to silniki dwusuwowe. Brak zaworów w takim silniku korzystnie wpływa na uzyskiwanie bardzo wysokich obrotów.There are commonly known internal combustion engines in which full circulation takes place during four consecutive strokes of the piston, which corresponds to a full rotation of the crankshaft. They are four-stroke engines. The supply of appropriate media to the cylinders is regulated by the timing mechanism. An important design element of these engines are inlet and exhaust valves. A four-stroke engine cannot reach very high revolutions due to the valve system, among other things. Common piston internal combustion engines are also known, in which full circulation takes place during two consecutive strokes of the piston, which corresponds to one complete revolution of the crankshaft. They are two-stroke engines. The lack of valves in such an engine has a positive effect on obtaining very high revolutions.

Z opisu patentowego francuskiego nr FR 2505930 znany jest silnik ze spalaniem wewnętrznym posiadający komorę rozprężania większą niż komorę wlotową, składający się z jednego lub kilku cylindrów, posiadający dwa tłoki w cylindrze poruszające się w jednym cylindrze. Jeden tłok porusza się dwa razy szybciej niż drugi. Każdy z tłoków poprzez korbowały sprzęgnięty jest z osobnym wałem korbowym. Dwa wały korbowe połączone są za pomocą łańcucha, przekładni zębatej złożonej lub wału. Denka obu tłoków mają ścianki ukośne po linii prostej zbieżne względem siebie w kierunku przeciwnym do strony wylotu spalin. Taka budowa komory rozprężania komory wlotowej i budowa denek obu tłoków uniemożliwiają otrzymywanie ciśnienia w komorze spalania powodującego uzyskanie samozapłonu, jaki byłby potrzebny w silnikach wysokoprężnych. Silnik ten pracuje według zasad silnika czterosuwowego z wyraźną pętlą wymiany ładunku, i pętlą obiegu prawobieżnego. Tłok główny spełnia typowe funkcje silnika czterosuwowego i wykonuje podczas jednego cyklu pracy cztery suwy, drugi tłok jest tłokiem dodatkowym wspomagającym i w ramach cyklu wykonuje dwa suwy. Prędkość obrotowa wału korbowego sprzęgniętego z tłokiem dodatkowym wspomagającym jest dwukrotnie mniejsza. Do wymiany ładunku służą okna dolotowe i wylotowe. Okna te usytuowane są w przestrzeni komory spalania w zakresie skoków obydwu tłoków. Okno dolotowe umieszczone jest na części tulei cylindra w obszarze działania tłoka głównego w połowie skoku tego tłoka, okno wylotowe znajduje się w obszarze komory spalania w zakresie ruchu tłoka dodatkowego wykonującego dwa suwy w ramach cyklu, przez co narażone jest na wysokie ciśnienie i wysokie temperatury. Okna wymiany ładunku muszą być otwierane i zamykane przez zawory. Zastosowanie zaworów wymaga stosowania pełnego układu rozrządu. Dostarczenie świeżego czynnika do cylindra wymaga stosowania dość wysokiego ciśnienia. W silniku tym nie występuje faza przepłukania cylindra. Na powierzchni tulei cylindrowej występuje obszar, w którym naprzemiennie przesuwają się obydwa tłoki. Jest to obszar nachodzenia tłoka wspomagającego na pole działania tłoka głównego, co ogranicza pewność działania silnika.French patent specification FR 2,505,930 discloses an internal combustion engine having an expansion chamber larger than the intake chamber, consisting of one or more cylinders, having two pistons in a cylinder moving in one cylinder. One piston moves twice as fast as the other. Each of the pistons is coupled with a separate crankshaft through the cranks. The two crankshafts are connected by a chain, compound gear or shaft. The bottoms of both pistons have straight-line oblique walls converging to each other away from the exhaust gas outlet side. This design of the expansion chamber of the inlet chamber and the design of the crowns of both pistons make it impossible to obtain the pressure in the combustion chamber causing the self-ignition that would be needed in diesel engines. This engine works according to the principles of a four-stroke engine with a clear load exchange loop and a right-hand circulation loop. The main piston performs the typical functions of a four-stroke engine and performs four strokes in one cycle, the second piston is an auxiliary piston and performs two strokes in the cycle. The rotational speed of the crankshaft coupled with the auxiliary piston is twice as low. Inlet and outlet windows are used to exchange the load. These windows are located in the space of the combustion chamber in the range of the strokes of both pistons. The intake port is located on a portion of the cylinder liner in the area of operation of the main piston in the middle of its stroke, the outlet port is in the region of the combustion chamber within the range of the secondary piston with two strokes in the cycle, and is therefore exposed to high pressure and high temperatures. Charge exchange windows must be opened and closed by valves. The use of valves requires the use of a complete timing system. Relatively high pressure is required to supply fresh refrigerant to the cylinder. This engine does not have a cylinder flushing phase. There is an area on the surface of the cylinder liner in which the two pistons move alternately. This is the area where the booster piston overlaps the field of action of the main piston, which limits the reliability of the engine.

Z opisu patentowego angielskiego nr GB 2227522A znany jest silnik spalinowy o dwóch przeciwsobnych tłokach poruszających się w jednym cylindrze i zdwojonym momencie obrotowym, z bliźniaczym wałem korbowym. Jeden tłok porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym z wyprzedzeniem drugiego tłoka. Silnik pracuje w całości, oba tłoki, albo jako silnik dwusuwowy albo jako silnik czterosuwowy albo jako dwusuwowa dmuchawa. Denka obu tłoków są na całej swojej powierzchni płaskie, równoległe do siebie.From GB 2227522A there is known an internal combustion engine with two opposing pistons moving in one cylinder and double the torque, with a twin crankshaft. One piston reciprocates ahead of the other piston. The engine runs complete, both pistons, either as a two-stroke engine or as a four-stroke engine or as a two-stroke blower. The bottoms of both pistons are flat over their entire surface, parallel to each other.

Z opisu patentowego amerykańskiego nr US 5713314 znany jest dwutłokowy silnik spalinowy utworzony przez dwa cylindry wyrównane współosiowo, na których połączeniu powstaje przestrzeń spalania. Cylindry te są o różnych średnicach i są od siebie odsunięte. Denka obu tłoków są płaskie, o różnej średnicy w stosunku do siebie.From US Patent No. 5,713,314, there is known a twin-piston internal combustion engine formed by two coaxially aligned cylinders on the joint of which a combustion space is formed. These cylinders have different diameters and are spaced apart. The bottoms of both pistons are flat, with different diameters in relation to each other.

Ze zgłoszenia wynalazku nr P-290268 znany jest silnik gaźnikowy czterosuwowy posiadający głowice z układem rozrządu, wał korbowy, korbowody i po dwa tłoki przeciwbieżne w każdym z cylindrów oraz urządzenie rozruchowe świece. Denka tłoków są ukośne, zbieżne względem siebie w kierunku przeciwnym do strony wylotu spalin. Silnik ten jest silnikiem pracującym jak silnik czterosuwowy.The patent application No. P-290268 discloses a four-stroke carburettor engine having timing heads, a crankshaft, connecting rods, two counter-rotating pistons in each cylinder and a spark plug starter. The piston caps are oblique and tapered to one another away from the exhaust outlet side. This engine is an engine that works like a four-stroke engine.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji silnika spalinowego, który mógłby uzyskiwać niczym nie limitowane obroty, pozwalającej na uzyskiwanie bardzo dużych mocy, w których nie byłoby potrzeby stosowania zaworów istotnych dla konstrukcji klasycznego silnika czterosuwowego.The aim of the invention is to provide an internal combustion engine structure that could achieve unlimited revolutions, allowing for obtaining very high power, in which there would be no need to use valves essential for the construction of a classic four-stroke engine.

Silnik spalinowy posiadający w cylindrze dwa tłoki, z których jeden porusza się dwa razy szybciej niż drugi, jeden tłok w części czterosuwowej, drugi tłok w części dwusuwowej, posiadający jeden wspólny układ zapłonowy i jeden wspólny układ dostarczania paliwa według wynalazku charakteryzujeInternal combustion engine having two pistons in the cylinder, one of which moves twice as fast as the other, one piston in the four-stroke section, the other piston in the two-stroke section, having one common ignition system and one common fuel supply system according to the invention is characterized by

PL 195 052 B1 się tym, że denko tłoka pracującego w przestrzeni cylindra w cyklu czterosuwowym i denko tłoka pracującego w przestrzeni cylindra w cyklu dwusuwowym są równoległe względem siebie i posiadają wyprofilowania od strony układu zapłonu tworzące w tym miejscu wolną przestrzeń, oraz w miejscu dostarczania paliwa do przestrzeni międzytłokowej posiada wlot dodatkowego powietrza.It is possible that the piston head working in the cylinder space in a four-stroke cycle and the piston crown working in the cylinder space in a two-stroke cycle are parallel to each other and have profiles on the ignition system side, creating a free space at this point and in the place of fuel supply it has an additional air inlet to the inter-piston space.

Silnik spalinowy według wynalazku jest silnikiem cieplnym o spalaniu wewnętrznym. Łączy konstrukcyjnie cechy silnika czterosuwowego z cechami silnika dwusuwowego współpracujących w jednej przestrzeni roboczej. Budowa oparta jest na współdziałaniu przeciwbieżnych dwóch tłoków we wspólnej przestrzeni roboczej. Tłok pracujący w cyklu dwusuwowym jest podstawowym elementem zastępującym zawory silnika czterosuwowego. Tłokiem tym także regulowana jest pojemność silnika według niniejszego wynalazku.The internal combustion engine according to the invention is an internal combustion heat engine. Structurally, it combines the features of a four-stroke engine with the features of a two-stroke engine cooperating in one working space. The construction is based on the interaction of two counter-rotating pistons in a common working space. The two-stroke piston is the basic element that replaces the valves of a four-stroke engine. The piston also controls the displacement of the engine according to the present invention.

W przestrzeni roboczej silnika czterosuwowego nie ma okien ani zaworów. Okna i zawory znajdują się w przestrzeni roboczej silnika dwusuwowego, poza komorą spalania. Okna narażone są na znacznie niższe parametry termodynamiczne gazów spalinowych jak temperaturę, ciśnienie. Podstawowe powietrze dostarczane jest z okien szczelinowych wydrążonych na powierzchni wewnętrznej cylindra silnika znanego dwusuwowego znaną metodą. Wspólny jest układ zapłonu i wspólny jest układ dostarczania paliwa dla części czterosuwowej i części dwusuwowej silnika według wynalazku. Na połączeniu tych dwóch rodzajów silników, w miejscu spotkania się dwóch denek tłoków znajduje się wlot dodatkowego powietrza do przestrzeni roboczej między dwoma tłokami. Dodatkowe powietrze powoduje lepsze przepłukanie. Silnik spalinowy według wynalazku posiada minimalną komorę spalania umożliwiającą maksymalne sprężenie mieszanki. Równoległe względem siebie denka obu tłoków od strony komory spalania umożliwiają maksymalne zbliżenie się względem siebie denek tych tłoków, a tym samym uzyskiwanie wysokiego stopnia sprężenia w czasie pracy silnika. Gazy rozprężające naciskają równocześnie na denka tłoków. Dodatkowy wlot powietrza posiada istotne znaczenie dla efektywności pracy silnika spalinowego według wynalazku jak na moc, zużycie paliwa a w konsekwencji na jego sprawność.There are no windows or valves in the working space of a four-stroke engine. Windows and valves are located in the working space of the two-stroke engine, outside the combustion chamber. Windows are exposed to much lower thermodynamic parameters of exhaust gases, such as temperature and pressure. Basic air is supplied from slotted windows hollowed out on the inner surface of the cylinder of a known two-stroke engine by a known method. The ignition system is common and the fuel supply system for the four-stroke part and the two-stroke part of the engine according to the invention is common. At the junction of these two types of engines, where the two piston crowns meet, there is an inlet of additional air to the working space between the two pistons. The additional air rinses better. The internal combustion engine according to the invention has a minimal combustion chamber enabling the maximum compression of the mixture. The ends of both pistons parallel to each other on the combustion chamber side enable the piston bottoms to be as close as possible to each other, and thus obtain a high compression ratio during engine operation. The expanding gases simultaneously press against the piston crowns. The additional air inlet is of great importance for the efficiency of the combustion engine according to the invention in terms of power, fuel consumption and, consequently, its efficiency.

Silnik według wynalazku charakteryzuje się przedłużonym cyklem ekspansji, gdzie długość ekspansji jest nieporównywalnie większa od możliwości przepłukania właściwego. Fazy wylotu, przepłukania i napełnianie przebiegają podczas kompresji czynnika.The engine according to the invention is characterized by a prolonged expansion cycle, where the expansion length is incomparably greater than the proper flushing capacity. The discharge, purge, and fill phases occur during refrigerant compression.

Równoległe względem siebie denka tłoków z krótkim wycięciem na denkach tłoków od strony układu zapłonowego umożliwiają zapłon mieszanki paliw lekkich i powietrza poprzez zapłon iskrowy lub układ wtrysku paliw ciężkich jak olejów. Silnik spalinowy według wynalazku umożliwia całkowitą zmianę paliwa na przemian z lekkiego na ciężkie lub odwrotnie. Może być przemiennie silnikiem iskrowym i silnikiem o zapłonie samoczynnym.The piston crowns parallel to each other with a short cut on the piston crowns on the ignition system side enable the ignition of a mixture of light fuels and air through spark ignition or the injection system of heavy fuels such as oils. The internal combustion engine according to the invention allows a complete change of fuel from light to heavy or vice versa. It can be alternately a spark engine and a compression ignition engine.

Silnik spalinowy według wynalazku pozwala na realizację obiegu roboczego, w którym przedłużona ekspansja pozwala prognozować zwiększenie sprawności ogólnej silnika w stosunku do rozwiązań klasycznych. Praca w cyklu dwusuwowym sprzyja uzyskaniu korzystnego wskaźnika mocy jednostkowej. Nowy sposób wymiany ładunku, z zaangażowaniem zmiany objętości przestrzeni roboczej w formie wylotu spalin, według wynalazku jest korzystniejszy niż w silnikach dwusuwowych. Smarowanie jest jak w silniku czterosuwowym. Nie zachodzi potrzeba mieszania paliwa z olejem jak w silnikach dwusuwowych. W silniku spalinowym według wynalazku możliwa jest zmiana stopnia sprężania w zależności od warunków obciążania silnika, wpływające na poprawę sprawności w zakresie obciążeń częściowych oraz na rozruch silnika. Budowa silnika umożliwia zastosowanie korzystnego kształtu komory spalania, umożliwia zmianę stopnia sprężania w trakcie pracy w zależności od obciążenia silnika. Sprawność tego silnika dochodzi do 70% a osiągana moc 250 KV. Silnik charakteryzuje się bardzo wysoką mocą cząstkową niespotykaną w dotychczasowych silnikach spalinowych przy ekologicznym spalaniu.The internal combustion engine according to the invention allows for the implementation of a working cycle, in which the extended expansion allows to forecast an increase in the overall efficiency of the engine in relation to classic solutions. Working in a two-stroke cycle is conducive to obtaining a favorable unit power index. The new method of charge exchange involving a change in the volume of the working space in the form of an exhaust outlet, according to the invention, is more advantageous than in two-stroke engines. Lubrication is like a four-stroke engine. There is no need to mix fuel with oil as in two-stroke engines. In the internal combustion engine according to the invention, it is possible to change the compression ratio depending on the engine load conditions, which improves the efficiency of partial loads and the engine start-up. The construction of the engine enables the use of a favorable shape of the combustion chamber and enables the compression ratio to be changed during operation, depending on the engine load. The efficiency of this motor reaches 70% and the achieved power is 250 KV. The engine is characterized by a very high partial power, unprecedented in the previous combustion engines, with ecological combustion.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny w miejscu łączenia modułów dla przypadku współosiowych cylindrów o tej samej średnicy z symbolicznym ukazaniem tłoków jako zakreskowanych wielokątów, fig. 2 - przekrój poprzeczny jak fig. 1 w momencie maksymalnego sprężenia.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, where Fig. 1 schematically shows a cross-section at the connection point of modules for the case of coaxial cylinders of the same diameter with a symbolic representation of the pistons as hatched polygons, Fig. 2 - cross-section as in Fig. 1 at the moment of maximum compression.

Silnik spalinowy posiada w połączonych przestrzeniach współosiowych cylindrów 1a i 1b dwa tłoki 2a i 2b. Jeden tłok 2a pracuje w przestrzeni cylindra 1a w cyklu czterosuwowym, drugi tłok 2b pracuje w przestrzeni cylindra 1b w cyklu dwusuwowym. Silnik posiada jeden wspólny dla części czterosuwowej i części dwusuwowej układ dostarczania paliwa 3 i jeden wspólny dla części czterosuwowej i części dwusuwowej układ zapłonu 4. W miejscu dostarczania paliwa do przestrzeni międzytłokowej posiada wlot 6 dodatkowego powietrza.The internal combustion engine has two pistons 2a and 2b in the connected concentric spaces of the cylinders 1a and 1b. One piston 2a works in the cylinder space 1a in a four-stroke cycle, the other piston 2b works in the cylinder space 1b in a two-stroke cycle. The engine has one ignition system 3, common to the four-stroke part and the two-stroke part, and one ignition system 4, common to the four-stroke part and the two-stroke part. At the point of fuel supply to the inter-piston space, it has an additional air inlet 6.

PL 195 052 B1PL 195 052 B1

Denka 7a i 7b tłoków 2a i 2b są równoległe względem siebie i wyprofilowane od strony układu zapłonu 4, w przykładzie wykonania od strony świec zapłonowych tak, że tworzona jest w tym miejscu większa wolna przestrzeń 5a i 5b. Pracę wykonuje tłok 2a pracujący w cyklu czterosuwowym. Tłok 2b pracujący w cyklu dwusuwowym jest podstawowym elementem zastępującym zawory silnika czterosuwowego. Tym tłokiem jest także regulowana pojemność silnika.The bottoms 7a and 7b of the pistons 2a and 2b are parallel to each other and shaped on the side of the ignition system 4, in the embodiment on the side of the spark plugs, so that a larger free space 5a and 5b is created at this point. The work is performed by the piston 2a working in a four-stroke cycle. The piston 2b operating in a two-stroke cycle is the basic element replacing the valves of a four-stroke engine. This piston is also used to regulate engine displacement.

Claims

Patent claim

Internal combustion engine having two pistons in the cylinder, one of which moves twice as fast as the other, one piston in the four-stroke section, the other piston in the two-stroke section, having one common ignition system and one common fuel supply system, characterized in that the bottom (7a ) the piston (2a) working in the cylinder space (1a) in a four-stroke cycle and the bottom (7b) of the piston (2b) working in the cylinder space (1b) in a two-stroke cycle are parallel to each other and have profiles (5a) and (5b) on the side of the ignition system (4), which creates a free space at this point, and has an additional air inlet (6) at the point of fuel supply to the inter-piston space.