RU2082013C1 - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082013C1 RU2082013C1 RU94011154A RU94011154A RU2082013C1 RU 2082013 C1 RU2082013 C1 RU 2082013C1 RU 94011154 A RU94011154 A RU 94011154A RU 94011154 A RU94011154 A RU 94011154A RU 2082013 C1 RU2082013 C1 RU 2082013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- crankshafts
- engine
- engine according
- crankcase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, и в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to the field of engineering, and in particular to internal combustion engines (ICE).
Известны различные типы ДВС поршневые, роторные и турбинные. Благодаря относительной простоте и эффективности доминирующее применение нашли поршневые двигатели внутреннего сгорания. Various types of internal combustion engine piston, rotary and turbine are known. Due to the relative simplicity and efficiency, piston internal combustion engines have found a dominant application.
По типу рабочего цикла поршневые двигатели бывают четырехтактные и двухтактные. Двухтактные двигатели обладают потенциально более высоким коэффициентом полезного действия (КПД), но лишь недавно это удалось реализовать на практике. By the type of duty cycle, piston engines are four-stroke and two-stroke. Two-stroke engines have a potentially higher coefficient of performance (COP), but only recently it has been possible to put into practice.
Известен дизель, предназначенный для работы в качестве судового дизеля (Справочник "Дизели", под общей редакцией В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Л. К. Коллерова, Ленинград, "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1977, стр. 16, 18, рис. 6). Дизель является двухтактным, двухрядным, с противоположным движением поршней, с прямоточнощелевой продувкой. Известный дизель содержит четыре коленчатых вала с шатунами, выполненными из легированной стали. Поршни состоят из чугунного тронка и стальной цилиндрической вставки, головка поршня хромированная. A known diesel engine designed to operate as a marine diesel engine (Handbook "Diesels", edited by V. A. Vansheydt, N. N. Ivanchenko, L. K. Kollerova, Leningrad, "Mechanical Engineering", Leningrad Branch, 1977, p. 16, 18, Fig. 6). The diesel engine is a two-stroke, two-row, with the opposite movement of the pistons, with a direct-slit purge. Famous diesel engine contains four crankshafts with connecting rods made of alloy steel. Pistons consist of a cast iron tronk and a steel cylindrical insert, the piston head is chrome plated.
Из-за наличия в известном поршневом двигателе кривошипно-шатунного механизма ему присущи следующие недостатки. Due to the presence of a crank mechanism in a known piston engine, the following disadvantages are inherent in it.
Во-первых, при отклонении шатуна от оси цилиндра возникает характерная боковая сила трения поршня о цилиндр. В результате в зоне больших значений плеча коленчатого вала снижается крутящий момент, происходит нагрев двигателя и характерный износ поршня и цилиндра. Для уменьшения этих негативных последствий прибегали к увеличению длины шатуна, но это приводило к увеличению габаритов и веса двигателя. Firstly, when the connecting rod deviates from the axis of the cylinder, a characteristic lateral friction force of the piston against the cylinder arises. As a result, in the area of large values of the crankshaft shoulder, the torque decreases, the engine heats up and the characteristic wear of the piston and cylinder. To reduce these negative consequences, they resorted to an increase in the length of the connecting rod, but this led to an increase in the size and weight of the engine.
Во-вторых, наличие линейного возвратно-поступательного перемещения поршня и связанной с ним части шатуна приводит к вибрациям двигателя, вызванных изменением центра тяжести, и к инерционным потерям. Secondly, the presence of a linear reciprocating movement of the piston and the associated part of the connecting rod leads to engine vibrations caused by a change in the center of gravity, and to inertial losses.
В-третьих, медленное нарастание (убывание) плеча коленчатого вала при его повороте в области верхней мертвой точки (ВМТ) приводит к неэффективным процессам сжатия и преобразования силы давления газов в цилиндре в крутящий момент, когда эта сила достигает своего максимального значения. Скорость нарастания плеча можно увеличить за счет укорачивания длины шатуна. Однако это приведет к усилению первого недостатка. На практике длина шатуна составляет 3,5 4,5 радиуса коленчатого вала. Thirdly, the slow increase (decrease) of the crankshaft shoulder when it is rotated in the region of top dead center (TDC) leads to ineffective processes of compression and transformation of the gas pressure force in the cylinder into torque, when this force reaches its maximum value. The shoulder growth rate can be increased by shortening the length of the connecting rod. However, this will lead to an increase in the first drawback. In practice, the length of the connecting rod is 3.5 4.5 radius of the crankshaft.
Указанные недостатки кривошипно-шатунного механизма отрицательно влияют на КПД двигателя, который составляет не более 20%
Неоднократные попытки создания безшатунных ДВС до сих пор не имели успехи из-за их сложности.These drawbacks of the crank mechanism adversely affect the efficiency of the engine, which is not more than 20%
Repeated attempts to create a connecting rod ICE so far have not been successful because of their complexity.
Настоящее изобретение направлено на создание принципиально нового ДВС, в котором отсутствуют шатуны и поршни. Новый двигатель, согласно изобретению, позволяет устранить все вышеуказанные недостатки и значительно повысить КПД. The present invention is directed to the creation of a fundamentally new internal combustion engine, in which there are no connecting rods and pistons. The new engine, according to the invention, allows to eliminate all of the above disadvantages and significantly increase efficiency.
Поставленная задача достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем картер, в котором установлены два коленчатых вала и цилиндр с отверстиями, цилиндр выполнен с изменяемыми длиной и внутренним объемом и имеет на своих торцах головки, которые закреплены на наружных шейках коленчатых валов. The problem is achieved in that in an internal combustion engine containing a crankcase in which two crankshafts and a cylinder with holes are installed, the cylinder is made with variable length and internal volume and has heads at its ends that are mounted on the outer necks of the crankshafts.
Цилиндр соединен с картером с двух сторон по оси, проходящей параллельно осям коленчатых валов и по середине прямой, соединяющей эти оси. При этом цилиндр может быть соединен с картером при помощи цилиндрических выступов. The cylinder is connected to the crankcase on both sides along an axis passing parallel to the axes of the crankshafts and in the middle of a straight line connecting these axes. In this case, the cylinder can be connected to the crankcase using cylindrical protrusions.
Коленчатые валы могут быть выполнены пустотелыми, и в их наружных шейках имеются отверстия для впуска и/или выпуска. Crankshafts can be hollow, and in their outer necks there are openings for inlet and / or outlet.
Цилиндр можно изготовить телескопической конструкции. The cylinder can be made of telescopic construction.
Кроме того, в цилиндре можно выполнить:
в его головках отверстия для впуска и/или выпуска;
в его боковых стенках отверстия для впуска;
в местах его соединения с картером отверстия для впрыска топлива и/или отверстия для свечей зажигания.In addition, in the cylinder, you can perform:
in its heads openings for inlet and / or outlet;
in its side walls are openings for inlet;
at the points of its connection with the crankcase, the fuel injection holes and / or the spark plug holes.
Цилиндр можно изготовить из материала с низкой теплопроводностью. The cylinder can be made of a material with low thermal conductivity.
Дополнительно внутри коленчатых валов и головок цилиндра устанавливают завихрители газового потока. Additionally, gas flow swirls are installed inside the crankshafts and cylinder heads.
На фиг. 1 изображен вариант исполнения двигателя согласно изобретению; на фиг. 2 диаграмма, показывающая рабочий цикл двигателя. In FIG. 1 shows an embodiment of an engine according to the invention; in FIG. 2 is a diagram showing the duty cycle of the engine.
Двигатель, согласно изобретению, содержит картер 1, два коленчатых вала 2 и 3, расположенных параллельно, и цилиндр 4. Оба коленчатых вала выполнены пустотелыми и вращаются в одну сторону в противофазе и с одинаковыми скоростями. У коленчатых валов имеются внутренние 5 и наружные 6 шейки с одинаковыми внутренними и внешними диаметрами. Коленчатые валы связаны друг с другом известным способом. Цилиндр 4 закреплен подвижно на наружных шейках 6 коленчатых валов 2 и 3 и выполнен с изменяемой длиной и внутренним объемом, например в виде телескопической конструкции. Цилиндр содержит один наружный цилиндрический элемент 7 и парный набор 8 внутренних цилиндрических элементов. Наружный цилиндрический элемент 7 снабжен двумя цилиндрическими выступами 9 для крепления с картером, расположенными симметрично с двух сторон цилиндра на оси, проходящей параллельно осям коленчатых валов, и по середине прямой, соединяющей эти оси. В наружных шейках 6 коленчатых валов имеются отверстия (не показаны). На торцах цилиндра установлены головки, состоящие из внутренней 10 и внешней 11 частей. Внутренняя часть 10 содержит отверстие 12. Цилиндр выполнен из материала с низкой теплопроводностью, например из керамики. The engine according to the invention comprises a crankcase 1, two crankshafts 2 and 3 arranged in parallel, and a cylinder 4. Both crankshafts are hollow and rotate in one direction in antiphase and at the same speeds. The crankshafts have inner 5 and outer 6 necks with the same inner and outer diameters. Crankshafts are connected to each other in a known manner. The cylinder 4 is mounted movably on the outer necks 6 of the crankshafts 2 and 3 and is made with a variable length and internal volume, for example in the form of a telescopic structure. The cylinder contains one outer cylindrical element 7 and a pair of 8 inner cylindrical elements. The outer cylindrical element 7 is equipped with two cylindrical protrusions 9 for mounting with a crankcase, located symmetrically on both sides of the cylinder on an axis that runs parallel to the axes of the crankshafts, and in the middle of a straight line connecting these axes. In the outer necks of the 6 crankshafts there are holes (not shown). At the ends of the cylinder, heads are installed, consisting of an internal 10 and an external 11 parts. The inner part 10 comprises an opening 12. The cylinder is made of a material with low thermal conductivity, for example, ceramic.
Двигатель согласно изобретению работает следующим образом. The engine according to the invention operates as follows.
Как показано на фиг. 2, в исходном положении в ВМТ давление в цилиндре определяется практически степенью сжатия и исходным давлением поступающей гомогенной рабочей смеси. Сжатие происходит столь стремительно, а состав топлива так подобран, что происходит тепловой взрыв всей гомогенной рабочей смеси. Однако этот взрыв имеет задержку начала и конечную протяженность. В результате максимум давления наступает при повороте коленвалов на угол α например около 20oC. В этот момент плечо коленвалов имеет не менее 0,8 своего максимального значения. Максимальное значение плеча достигается при повороте коленвалов на 45oC. Фаза "расширение" завершается в точке А, не доходя до нижней мертвой точки (НМТ) на 20 40o.As shown in FIG. 2, in the initial position in TDC, the pressure in the cylinder is practically determined by the compression ratio and the initial pressure of the incoming homogeneous working mixture. Compression is so fast, and the fuel composition is so selected that there is a thermal explosion of the entire homogeneous working mixture. However, this explosion has a delay in onset and a finite extent. As a result, the maximum pressure occurs when the crankshaft is rotated through an angle α, for example, about 20 o C. At this moment, the crankshaft arm has at least 0.8 of its maximum value. The maximum value of the shoulder is achieved when the crankshaft is rotated by 45 o C. The phase of "expansion" is completed at point A, not reaching the bottom dead center (BDC) at 20 40 o .
Далее отверстия в наружных шейках 6 коленчатых валов 2 и 3 совмещается с отверстиями 12 во внутренних частях 10 головок цилиндра и начинается фаза "продувка". Next, the holes in the outer necks 6 of the crankshafts 2 and 3 are combined with the holes 12 in the inner parts 10 of the cylinder heads and the “purge” phase begins.
По одному из коленчатых валов или через отверстия в боковых стенках цилиндра (не показаны) под некоторым давлением подается гомогенная рабочая смесь. По другому валу производится отсос отработавших газов. Для уменьшения аэродинамического сопротивления канала, лучшего охлаждения внутренней поверхности цилиндра и гомогенизации рабочей смеси газовому потоку придают вращение, например при помощи завихрителей газового потока, устанавливаемых внутри коленчатых валов и головок цилиндра. Фаза "продувка" завершается в точке В за 60 80o до ВМТ. Отверстия на наружных шейках 6 коленчатых валов смещаются относительно отверстий 12 во внутренних частях 10 головок цилиндра.On one of the crankshafts or through holes in the side walls of the cylinder (not shown), a homogeneous working mixture is supplied under some pressure. The exhaust is sucked out on a different shaft. To reduce the aerodynamic drag of the channel, better cooling of the inner surface of the cylinder and homogenization of the working mixture, the gas stream is rotated, for example by means of gas flow swirlers installed inside the crankshafts and cylinder heads. The "purge" phase is completed at point B 60 80 o before TDC. The holes on the outer necks of the 6 crankshafts are displaced relative to the holes 12 in the inner parts 10 of the cylinder heads.
Фаза "сжатие" производится без принудительного зажигания. Скорость нарастания плеча коленчатых валов в области ВМТ превосходит скорость обычных ДВС примерно в 5 раз. Это приближает процесс сжатия в данном двигателе к идеальному адиабатическому процессу. При выборе степени сжатия 20 и более, температура рабочей смеси в конце фазы "сжатие" будет около 1000oC, что дает гарантированное зажигание рабочей смеси с высокой стабильности и малой задержкой. Далее процесс повторяется.The compression phase is performed without positive ignition. The shoulder slew rate of crankshafts in the TDC area is approximately 5 times faster than conventional ICEs. This brings the compression process in this engine closer to the ideal adiabatic process. When choosing a compression ratio of 20 or more, the temperature of the working mixture at the end of the compression phase will be about 1000 o C, which gives guaranteed ignition of the working mixture with high stability and low delay. The process is then repeated.
Обороты ДВС согласно изобретению можно регулировать путем дросселирования входного и выходного потоков и изменения количества и состава впрыскиваемого топлива. The engine speed according to the invention can be adjusted by throttling the input and output streams and changing the amount and composition of the injected fuel.
В данном двигателе практически отсутствует сила бокового трения, поэтому сила давления газов всегда полностью прикладывается к наружной шейке коленчатого вала. In this engine, there is practically no lateral friction force, therefore the gas pressure force is always completely applied to the outer neck of the crankshaft.
Кроме того, отсутствует линейное возвратно-поступательное движение поршневой группы. Двигатель не имеет инерционных потерь при увеличении числа оборотов. Нет изменений центра тяжести двигателя, а следовательно нет вибраций. При этом скорость изменения плеча коленчатого вала увеличилась примерно в 5 раз. При дальнейшем сближении коленчатых валов этот показатель будет расти теоретически до бесконечности. In addition, there is no linear reciprocating movement of the piston group. The engine does not have inertial losses with increasing speed. There are no changes in the center of gravity of the engine, and therefore there are no vibrations. At the same time, the rate of change of the crankshaft shoulder increased by about 5 times. With further convergence of the crankshafts, this figure will theoretically grow to infinity.
Таким образом, двигатель согласно изобретению является тепловой машиной, способной обеспечить адиабатической процесс сжатия и расширения, а также сгорания топлива практически при постоянном объеме. При этом возросшие динамические нагрузки не опасны, так как скорость нарастания силы давления газов соответствует скорости нарастания способности ее преобразовывать в крутящий момент. Thus, the engine according to the invention is a heat engine capable of providing an adiabatic process of compression and expansion, as well as the combustion of fuel with a practically constant volume. At the same time, increased dynamic loads are not dangerous, since the rate of rise of the gas pressure force corresponds to the rate of rise of its ability to convert to torque.
Этот двигатель по своей природе (теплового взрыва) является высокооборотным. Однако, он может работать и по традиционной схеме с предварительным зажиганием и постепенным горением. В этом случае могут быть использованы места соединения цилиндра с картером для впрыска топлива или установки свечей зажигания через специальные отверстия. This engine by its nature (thermal explosion) is high-speed. However, it can work according to the traditional scheme with preliminary ignition and gradual burning. In this case, the junction of the cylinder with the crankcase can be used to inject fuel or install spark plugs through special holes.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94011154A RU2082013C1 (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94011154A RU2082013C1 (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94011154A RU94011154A (en) | 1995-11-20 |
| RU2082013C1 true RU2082013C1 (en) | 1997-06-20 |
Family
ID=20154188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94011154A RU2082013C1 (en) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2082013C1 (en) |
-
1994
- 1994-03-29 RU RU94011154A patent/RU2082013C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ваншейдт В.А. Дизели. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1977, с. 16, 18, рис. 6. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0177502B1 (en) | Crankless reciprocating machine | |
| Gray | A review of variable engine valve timing | |
| CA1107202A (en) | Internal combustion engine | |
| EP0787252B1 (en) | A dual piston internal combustion engine | |
| KR940008265B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine and cylinder head therefor | |
| US2910973A (en) | Variable compression ratio type engine | |
| US6223705B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine | |
| EP0902175A1 (en) | Energy conservation cycle engine | |
| US8844496B2 (en) | Internal combustion engine with separate combustion chamber and a method to achieve modified and controlled autoignition in said chamber | |
| US4092957A (en) | Compression ignition internal combustion engine | |
| RU2082013C1 (en) | Internal combustion engine | |
| KR920701621A (en) | 2-stroke internal combustion engine with diesel-compressed ignition | |
| CN101608574A (en) | CZD differential speed type reciprocating IC engine | |
| US4714059A (en) | Single overhead camshaft engine | |
| RU2263802C2 (en) | Internal combustion engine | |
| US20030145809A1 (en) | Internal combustion engine | |
| AU629238B2 (en) | Crankless reciprocating two stroke internal combustion engin e | |
| CN212642878U (en) | Reciprocating piston type internal combustion engine with adjustable compression ratio | |
| RU2246014C2 (en) | Internal combustion engine with communicating cylinders | |
| JPS58178822A (en) | Two cycle internal-combustion engine | |
| Isaka et al. | Development of Yamaha tumble induction control system (YTIS) | |
| CN111622840A (en) | Reciprocating piston type internal combustion engine with adjustable compression ratio | |
| JPS6022027A (en) | Relative combustion type internal-combustion engine causing semi-circular motion | |
| RU2126091C1 (en) | Four-stroke internal combustion engine with auxiliary cylinder | |
| JPH0828274A (en) | Combustion chamber and combustion method for contracted combustion chamber type internal combustion engine |