RU202518U1

RU202518U1 - Two-stroke internal combustion engine with full exhaust gas emission

Info

Publication number: RU202518U1
Application number: RU2020131056U
Authority: RU
Inventors: Олег Петрович Бутенко; Виктория Анатольевна Зинькова; Ольга Викторовна Костина
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2021-02-20

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использована в целях повышения качества термодинамического цикла, мощности и экологичности двигателя. Направлена на повышение мощности двигателя за счет всасывания горючей смеси на всю высоту камеры сгорания с полным выбрасыванием из нее отработанных газов. Это достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания с полным выбрасыванием отработанных газов содержит цилиндр 1 с камерой сжатия и сгорания, поршень 3 и шатун 4 с пружиной сжатия 7. В предложенном решении шатун соединен с помощью штифтового фиксатора 8 со штоком 6, жестко установленным в перпендикулярное к оси своего корпуса сквозное отверстие 9 штока через сквозной продольный паз 10. При этом длина продольного паза равна сумме высоты камеры сжатия 11 и диаметра фиксатора с учетом вычета зазора безопасности 12.The utility model relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines, and can be used to improve the quality of the thermodynamic cycle, power and environmental friendliness of the engine. It is aimed at increasing the engine power by sucking the combustible mixture to the entire height of the combustion chamber with complete ejection of exhaust gases from it. This is achieved by the fact that an internal combustion engine with complete exhaust of exhaust gases contains a cylinder 1 with a compression and combustion chamber, a piston 3 and a connecting rod 4 with a compression spring 7. In the proposed solution, the connecting rod is connected by means of a pin lock 8 with a rod 6 rigidly mounted in the perpendicular to the axis of its body there is a through hole 9 of the rod through the through longitudinal groove 10. In this case, the length of the longitudinal groove is equal to the sum of the height of the compression chamber 11 and the diameter of the retainer, taking into account the deduction of the safety clearance 12.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использована в целях повышения качества термодинамического цикла, мощности и экологичности двигателя.The utility model relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines, and can be used to improve the quality of the thermodynamic cycle, power and environmental friendliness of the engine.

Известен двигатель внутреннего сгорания с переменным объемом камер сгорания, (патент РФ на изобретение № 2144991, опубл. 27.01.2000, бюл. №3), содержащий цилиндры, поршни, размещенные в цилиндрах, с образованием с последними камер сгорания, коленчатый вал с шатунными и коренными шейками, шатуны, соединяющие поршни с шатунными шейками, наружные эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, установленные на коренных шейках с возможностью поворота относительно последних и перемещения коленчатого вала в вертикальном направлении, причем зубчатые венцы вкладышей связаны с механизмом изменения объема камер сгорания и содержит внутренние эксцентриковые вкладыши с зубчатыми венцами, расположенные между коренными шейками и наружными эксцентриковыми вкладышами, механизм изменения объема камер сгорания снабжен зубчатыми рейками, входящими в зацепление с зубчатыми венцами наружных и внутренних эксцентриковых вкладышей и с по меньшей мере одним управляющим валом , связанным с регулирующими органами топливоподачи и/или воздухоподачи, причем наружные и внутренние эксцентриковые вкладыши установлены с возможностью поворота в противоположные стороны на угол, не превышающий 180. Known internal combustion engine with variable volume of combustion chambers (RF patent for invention No. 2144991, publ. 27.01.2000, bul. No. 3), containing cylinders, pistons placed in the cylinders, with the formation of the latter with combustion chambers, a crankshaft with connecting rod and main journals, connecting rods connecting pistons with connecting rod journals, external eccentric bushings with toothed rims mounted on the main journals with the possibility of rotation relative to the latter and displacement of the crankshaft in the vertical direction, and the ring gears of the liners are connected with the mechanism for changing the volume of combustion chambers and contains internal eccentric bushings with toothed rims, located between the main journals and the outer eccentric bushings, the mechanism for changing the volume of the combustion chambers is equipped with toothed racks engaging with the toothed rims of the external and internal eccentric bore liners and with at least one control shaft connected to the fuel supply and / or air supply regulating bodies, and the outer and inner eccentric liners are installed with the possibility of turning in opposite directions at an angle not exceeding 180.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятому за прототип, является двигатель внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение № 2239707, опубл. 27.05.2004, бюл. №15), содержащий цилиндр с камерой сжатия и сгорания, поршень, сжимающий горючую смесь, и шатун. При этом шатун состоит из нескольких частей, одна из которых связана с коленвалом, а другая - поршневым пальцем с поршнем. Причем между днищем поршня и коленвалом, расположены упругие элементы, представляющие собой пружину (пружину сжатия), зажатую между частями шатуна, включающими в себе часть с направляющими и полостью. Части шатуна стянуты проходящей внутри пружины шпилькой и фиксируется относительно друг друга от разворота этой же пружиной. Один конец шпильки закреплен наглухо в части шатуна, связанной с коленвалом. Другой конец шпильки введен в часть шатуна с направляющими и полостью, скользит по ее направляющим и удерживается в ней свободно проходящей в ее полости гайкой. Часть шатуна с направляющими и полостью укреплена в части шатуна, связанной поршневым пальцем с поршнем. The closest to the proposed technical solution, adopted as a prototype, is an internal combustion engine (RF patent for invention No. 2239707, publ. 05/27/2004, bull. No. 15), containing a cylinder with a compression and combustion chamber, a piston that compresses the combustible mixture, and connecting rod. In this case, the connecting rod consists of several parts, one of which is connected with the crankshaft, and the other with a piston pin with a piston. Moreover, between the piston crown and the crankshaft, there are elastic elements, which are a spring (compression spring) clamped between the connecting rod parts, which include a part with guides and a cavity. Parts of the connecting rod are tightened by a pin running inside the spring and are fixed relative to each other from turning by the same spring. One end of the stud is secured tightly in the connecting rod part connected to the crankshaft. The other end of the stud is inserted into the part of the connecting rod with guides and a cavity, slides along its guides and is held in it by a nut freely passing in its cavity. The part of the connecting rod with guides and the cavity is reinforced in the part of the connecting rod connected by the piston pin with the piston.

Недостатком известных решений является то, что они не обеспечивают всасывание горючей смеси на всю высоту камеры сгорания и полное выбрасывание отработанных газов, а именно при такте «выхлоп» поршень в цилиндре не доходит до его торца на высоту камеры сжатия и, следовательно, отработанные газы выбрасываются не полностью. Например, при степени сжатия 8 высота камеры сжатия составляет 12,5% высоты камеры сгорания и, примерно 12,5% отработанных газов остаются в цилиндре. При такте «всасывание» эти газы смешиваются с горючей смесью и при такте «рабочий ход» происходит сгорание не чистой смеси топлива с воздухом, а горючей смеси, смешанной с отработанными газами. Это снижает мощность и экологичность двигателя. The disadvantage of the known solutions is that they do not ensure the suction of the combustible mixture to the entire height of the combustion chamber and the complete ejection of exhaust gases, namely, during the stroke, the "exhaust" in the cylinder does not reach its end to the height of the compression chamber and, therefore, the exhaust gases are emitted not completely. For example, at a compression ratio of 8, the height of the compression chamber is 12.5% of the height of the combustion chamber and approximately 12.5% of the exhaust gases remain in the cylinder. During the "suction" stroke, these gases are mixed with the combustible mixture, and during the "working stroke" cycle, combustion occurs not of a pure mixture of fuel with air, but of a combustible mixture mixed with exhaust gases. This reduces the engine's power and environmental friendliness.

С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: цилиндр с камерой сжатия и сгорания, поршень и шатун с пружиной сжатия.The following set of prototype features coincides with the essential features of the utility model: a cylinder with a compression and combustion chamber, a piston and a connecting rod with a compression spring.

Полезная модель направлена на повышение мощности двигателя за счет всасывания горючей смеси на всю высоту камеры сгорания с полным выбрасыванием из нее отработанных газов. The utility model is aimed at increasing the engine power due to the suction of the combustible mixture to the entire height of the combustion chamber with complete ejection of exhaust gases from it.

Это достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания с полным выбрасыванием отработанных газов содержит цилиндр с камерой сжатия и сгорания, поршень и шатун с пружиной сжатия. В предложенном решении шатун соединен с помощью штифтового фиксатора со штоком, жестко установленным в перпендикулярное к оси своего корпуса сквозное отверстие штока через сквозной продольный паз. При этом длина продольного паза равна сумме высоты камеры сжатия и диаметра фиксатора с учетом вычета зазора безопасности. This is achieved by the fact that the internal combustion engine with full exhaust gas emission contains a cylinder with a compression and combustion chamber, a piston and a connecting rod with a compression spring. In the proposed solution, the connecting rod is connected by means of a pin lock with a rod rigidly mounted in a through hole of the rod perpendicular to the axis of its body through a through longitudinal groove. In this case, the length of the longitudinal groove is equal to the sum of the height of the compression chamber and the diameter of the retainer, taking into account the deduction of the safety clearance.

В такте 1 происходит всасывание рабочей смеси на полную высоту камеры сгорания. В такте 2 рабочая смесь сжимается до высоты камеры сжатия. В такте 3 происходит рабочий ход. И в такте 4 отработанные газы полностью выбрасываются, так как поршень движется на всю высоту камеры сгорания, при этом он не доходит до торца цилиндра только на высоту зазора безопасности. In stroke 1, the working mixture is sucked up to the full height of the combustion chamber. In cycle 2, the working mixture is compressed to the height of the compression chamber. In step 3, a working stroke occurs. And in stroke 4, the exhaust gases are completely emitted, since the piston moves to the entire height of the combustion chamber, while it does not reach the end of the cylinder only to the height of the safety gap.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид двигателя; фиг.2 – сечение А-А шатуна на фиг. 1; фиг.3 – вид сверху на фиг. 1; фиг.4 – сечение Б-Б двигателя на фиг.3; фиг.5 – схема работы двигателя.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the appearance of the engine; Fig. 2 is a section A-A of the connecting rod in Fig. one; FIG. 3 is a top view of FIG. one; Fig. 4 is a section B-B of the engine in Fig. 3; Fig. 5 is a diagram of engine operation.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с камерой сгорания 2, поршень 3 и шатун 4. Камера сгорания 2 – это часть пространства, образованная торцом цилиндра 1 и поршнем 3 при крайнем нижнем его расположении. Шатун 4 состоит из корпуса 5 и штока 6, между которыми установлена пружина сжатия 7. При этом корпус 5 шатуна 4 соединен с помощью штифтового фиксатора 8 со штоком 6. Фиксатор 8 жестко установлен в перпендикулярное к оси корпуса 5 сквозное отверстие 9 штока 6 через сквозной продольный паз 10 корпуса 5.The internal combustion engine contains a cylinder 1 with a combustion chamber 2, a piston 3 and a connecting rod 4. The combustion chamber 2 is a part of the space formed by the end of the cylinder 1 and the piston 3 at its lowest position. The connecting rod 4 consists of a body 5 and a rod 6, between which a compression spring is installed 7. In this case, the body 5 of the connecting rod 4 is connected with a pin retainer 8 with a rod 6. The retainer 8 is rigidly installed in the through hole 9 of the rod 6 through the through hole perpendicular to the axis of the body 5 longitudinal groove 10 of the body 5.

Длина продольного паза 10 равна сумме высоты камеры сжатия 11 и диаметра фиксатора 8 с учетом вычета зазора безопасности 12, где камера сжатия 11 – это часть пространства, образованная торцом цилиндра 1 и поршнем 3 в конце такта сжатия, а зазор безопасности – это минимальный зазор между находящимся в верхней точке поршнем 3 и торцом цилиндра 1 в конце такта выпуска. Таким образом, продольный паз 10 определяет высоту камеры сжатия 11 и высоту зазора безопасности 12.The length of the longitudinal groove 10 is equal to the sum of the height of the compression chamber 11 and the diameter of the retainer 8, taking into account the deduction of the safety clearance 12, where the compression chamber 11 is the part of the space formed by the end of the cylinder 1 and the piston 3 at the end of the compression stroke, and the safety clearance is the minimum clearance between located at the top point of the piston 3 and the end of the cylinder 1 at the end of the exhaust stroke. Thus, the longitudinal groove 10 defines the height of the compression chamber 11 and the height of the safety gap 12.

ДВИГАТЕЛЬ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:THE ENGINE OPERATES IN THE FOLLOWING WAY:

При работе двигателя поршень 3 вместе с шатуном 4 совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра 1, при этом шатун 4 в каждом из тактов двигателя изменяет свою длину в зависимости от давления в камере сгорания 2 в соответствии с параметрами пружины сжатия 7.When the engine is running, the piston 3 together with the connecting rod 4 reciprocates inside the cylinder 1, while the connecting rod 4 in each of the engine strokes changes its length depending on the pressure in the combustion chamber 2 in accordance with the parameters of the compression spring 7.

Такт впуска (фиг. 5, впуск).Intake stroke (Fig. 5, intake).

Поршень 3 находится в верхней мертвой точке, не доходя до торца цилиндра 1 зазора безопасности 12. При этом давление в камере сгорания 2 равно давлению выхлопных газов при окончании такта «выхлоп». Пружина сжатия 7, установленная между корпусом 5 шатуна 4 и штоком 6, находится в разжатом состоянии, а штифтовой фиксатор 8, установленный в отверстие 9, находится в нижней части продольного паза 10. При движении поршня 3 вниз происходит впуск горючей смеси на всю высоту камеры сгорания 2The piston 3 is at top dead center, not reaching the end of the cylinder 1 of the safety clearance 12. In this case, the pressure in the combustion chamber 2 is equal to the pressure of the exhaust gases at the end of the "exhaust" stroke. The compression spring 7, installed between the housing 5 of the connecting rod 4 and the rod 6, is in the expanded state, and the pin lock 8, installed in the hole 9, is located in the lower part of the longitudinal groove 10. When the piston 3 moves downward, the combustible mixture is injected to the entire height of the chamber combustion 2

Такт сжатия (фиг. 5, сжатие).Compression cycle (Fig. 5, compression).

Поршень 3 двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, до тех пор, пока давление не достигнет величины сжатия пружины 7, когда штифтовой фиксатор 8 не займет положение в верхней части продольного паза 10. При этом образуется камера сжатия 11 с горючей смесью.The piston 3, moving upwards, compresses the combustible mixture until the pressure reaches the compression value of the spring 7, when the pin 8 will not take a position in the upper part of the longitudinal groove 10. This forms a compression chamber 11 with the combustible mixture.

Такт рабочего хода (фиг. 5, рабочий ход).The stroke of the working stroke (Fig. 5, working stroke).

При воспламенении горючей смеси поршень 3 движется вниз на всю высоту камеры сгорания 2. При этом пружина сжатия 7 находится в сжатом состоянии, а штифтовой фиксатор 8 находится в верхней части продольного паза 10.When the combustible mixture is ignited, the piston 3 moves down to the entire height of the combustion chamber 2. In this case, the compression spring 7 is in a compressed state, and the pin lock 8 is in the upper part of the longitudinal groove 10.

Такт выпуска (фиг. 5, выпуск).Release cycle (Fig. 5, release).

При такте выпуска поршень 3 движется вверх и вытесняет отработанные газы из цилиндра 1. При этом давление на поршень 3 уменьшается. Пружина сжатия 7 разжимается, а штифтовой фиксатор 8 движется по продольному пазу 10 вниз, пока не займет крайнее нижнее положение. Таким образом, поршень 3 производит полный выпуск отработанных газов до зазора безопасности 12. During the exhaust stroke, the piston 3 moves upward and displaces the exhaust gases from the cylinder 1. In this case, the pressure on the piston 3 decreases. The compression spring 7 is expanded, and the pin lock 8 moves down the longitudinal groove 10 until it reaches its lowest position. Thus, the piston 3 produces a complete exhaust of the exhaust gases up to the safety clearance 12.

Шатун 4 в сборе удерживает штифтовой фиксатор 8, жестко установленный в сквозное перпендикулярное к оси шатуна 4 отверстие 9 штока 6, через сквозной продольный паз 10 корпуса 5 шатуна 4. Это обеспечивает в пределах продольного паза 10 свободное осевое перемещение штока 6 в корпусе 5 шатуна 4 при изменении длины шатуна 4 в работе. При этом зазор безопасности 12 исключает удары поршня о торец цилиндра.The connecting rod 4 in the assembly holds the pin retainer 8, rigidly mounted in the through hole 9 of the rod 6, perpendicular to the rod axis 4, through the through longitudinal groove 10 of the body 5 of the connecting rod 4. This provides free axial movement of the rod 6 in the body 5 of the connecting rod 4 within the longitudinal groove 10 when changing the length of the connecting rod 4 in operation. In this case, the safety clearance 12 excludes the piston hitting the end of the cylinder.

Пружина сжатия 7 должна соответствовать следующим параметрам: усилие на пружине от предварительного установочного сжатия должно быть по величине больше или равно усилию, создаваемого давлением газовой смеси на поршень в момент завершения такта «выхлоп» (при этом штифтовой фиксатор находится в крайнем нижнем положении продольного паза корпуса шатуна); максимальное усилие на пружину должно быть по величине меньше или равно усилию, создаваемого давлением газовой смеси на поршень в момент окончания такта «сжатие» (при этом штифтовой фиксатор находится в крайнем верхнем положении продольного паза корпуса шатуна).The compression spring 7 must correspond to the following parameters: the force on the spring from the pre-setting compression must be greater than or equal to the force created by the pressure of the gas mixture on the piston at the end of the "exhaust" stroke (while the pin retainer is in the lowest position of the longitudinal groove of the body connecting rod); the maximum force on the spring should be less than or equal to the force created by the pressure of the gas mixture on the piston at the end of the "compression" stroke (while the pin lock is in the extreme upper position of the longitudinal groove of the connecting rod body).

Таким образом, путем автоматического управления длиной шатуна обеспечивается всасывание горючей смеси на всю высоту камеры сгорания и полное выбрасывание из нее отработанных газов, что в свою очередь повышает мощность двигателя. Следует отметить, что двигатель, предложенной конструкции, является экологичным. Thus, by automatic control of the connecting rod length, the combustion mixture is sucked up to the entire height of the combustion chamber and the exhaust gases are completely ejected from it, which in turn increases the engine power. It should be noted that the engine of the proposed design is environmentally friendly.

Claims

An internal combustion engine with full exhaust gas emission, containing a cylinder with a compression and combustion chamber, a piston and a connecting rod with a compression spring, characterized in that the connecting rod is connected by means of a pin retainer to a rod rigidly mounted in the through hole of the rod perpendicular to the axis of its body through the through hole longitudinal groove, while the length of the longitudinal groove is equal to the sum of the height of the compression chamber and the diameter of the retainer, taking into account the deduction of the safety clearance.