RU2100627C1

RU2100627C1 - Four-stroke internal combustion engine with auxiliary cylinders

Info

Publication number: RU2100627C1
Application number: RU95115755A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Лисин
Original assignee: Сергей Петрович Лисин
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: four-stroke engines. SUBSTANCE: carburetor or diesel engine having at least one pair of working cylinders is provided with one auxiliary cylinder installed between them. The pistons of all the cylinders are associated kinematically with crankshaft. The working cylinders are provided with outlet valves, bypass channels with valves communicating with the auxiliary cylinder. Each working cylinder is also provided with inlet valve associated with camshaft through a cam. EFFECT: complete combustion of fuel in the engine cylinders. 3 dwg

Description

Изобретение относится к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания как карбюраторным, так и к дизельным. The invention relates to four-stroke internal combustion engines both carbureted and diesel.

Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с рабочими цилиндрами, между которыми установлен вспомогательный цилиндр, поршни которого кинематически связаны с коленчатым валом, рабочие цилиндры снабжены выпускными клапанами, перепускными каналами с клапанами, сообщенными со вспомогательным цилиндром. A four-stroke internal combustion engine with working cylinders is known, between which an auxiliary cylinder is installed, the pistons of which are kinematically connected with the crankshaft, the working cylinders are equipped with exhaust valves, bypass channels with valves in communication with the auxiliary cylinder.

Однако известный двигатель не создает компрессию, необходимую для повышения мощности двигателя. However, the known engine does not create the compression necessary to increase engine power.

Технический задачей изобретения является создание необходимой компрессии для повышения мощности двигателя. An object of the invention is to create the necessary compression to increase engine power.

Задача решается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, карбюраторный или дизельный, содержит по меньшей мере одну пару рабочих цилиндров, между которыми установлен один вспомогательный цилиндр, поршни которых кинематически связаны с коленчатым валом, при этом рабочие цилиндры снабжены выпускными клапанами, перепускными каналами с клапанами, сообщенными со вспомогательным цилиндром, при этом каждый рабочий цилиндр снабжен впускным клапаном, связанным с газораспределительным валом посредством кулачка. The problem is solved due to the fact that the internal combustion engine, carbureted or diesel, contains at least one pair of working cylinders, between which one auxiliary cylinder is installed, the pistons of which are kinematically connected with the crankshaft, while the working cylinders are equipped with exhaust valves, bypass channels with valves in communication with the auxiliary cylinder, wherein each working cylinder is equipped with an inlet valve connected to the camshaft by means of a cam.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема работы такой конструкции; на фиг. 2 работа двигателя при степени сжатия, равной 9; на фиг. 3 схема работы предлагаемого двигателя. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the operation of such a design; in FIG. 2 engine operation at a compression ratio of 9; in FIG. 3 scheme of the proposed engine.

Двигатель содержит 4 рабочих цилиндра, а также 2 вспомогательных (см. фиг. 3), поршни которых посредством шатунов связаны с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) и сидят на одной шейке коленчатого вала с шатунами рабочих поршней. Для равномерного вращения коленчатого вала двигателя вспомогательные поршни находятся по фазе под углом 90^o один относительно другого. Введение вспомогательных цилиндров с поршнями даст возможность повысить мощность двигателя без увеличения степени сжатия в 4 и более раз при значительном снижении расхода топлива на единицу мощности. И как следствие снизится загрязнение атмосферы выхлопными газами. Мощность двигателя внутреннего сгорания (Д. В.С.) в большой степени зависит от степени сжатия. В существующих карбюраторных двигателях степень сжатия доведена до 9. Дальше повышать степень сжатия нельзя, иначе возникает детонация топлива, что может привести к поломке двигателя. Чтобы этого не происходило, а мощность повысилась в 4 и более раз при том же полном объеме цилиндров, предлагается ввести в конструкцию двигателя дополнительные цилиндры вспомогательного назначения, воспламенения горючей смеси в них происходить не будет. Они не будут иметь свечей и клапанов. Принципиальная схема работы такой конструкции дана на фиг. 1:
1. Такт всасывания Основной 1 и вспомогательный 2 поршни пошли вниз
2. Такт сжатие Основной и вспомогательный поршни пошли вверх.The engine contains 4 working cylinders, as well as 2 auxiliary (see Fig. 3), the pistons of which are connected via the connecting rods to the crank mechanism (KShM) and sit on the same neck of the crankshaft with the connecting rods of the working pistons. For uniform rotation of the crankshaft of the engine, the auxiliary pistons are in phase at an angle of 90 ^o one relative to the other. The introduction of auxiliary cylinders with pistons will make it possible to increase engine power without increasing the compression ratio by 4 or more times while significantly reducing fuel consumption per unit power. And as a result, air pollution by exhaust gases will decrease. The power of an internal combustion engine (D. V.S.) largely depends on the compression ratio. In existing carburetor engines, the compression ratio is brought to 9. Further, it is impossible to increase the compression ratio, otherwise fuel detonation occurs, which can lead to engine failure. To prevent this, and the power increased by 4 or more times with the same full volume of cylinders, it is proposed to introduce additional auxiliary cylinders into the engine design, ignition of the combustible mixture in them will not occur. They will not have candles and valves. A schematic diagram of the operation of such a construction is given in FIG. one:
1. Suction stroke Main 1 and auxiliary 2 pistons went down
2. The compression stroke of the main and auxiliary pistons went up.

3. Такт рабочий ход Основной поршень идет вниз, вспомогательный остается в верхнем положении
4. Такт выпуск Основной поршень идет вверх, вспомогательный остается на месте
В данной конструкции при степени сжатия, равной 9, рабочий поршень при рабочем ходе будет проходить путь, в 2 раза меньший, чем в существующих двигателях. В этом случае среднее давление горючей смеси на поршень будет в 2 раза больше, чем в существующих двигателях, а скорость перемещения поршня от В. М. Т. до Н.М.Т. (верхняя и нижняя мертвая точки) будет также в 2 раза больше, чем в существующих двигателях, а значит, и частота вращения n возрастет в 2 раза (фиг. 2 вар. 1).3. stroke stroke The main piston goes down, the auxiliary remains in the upper position
4. Beat release The main piston goes up, the auxiliary remains in place
In this design, with a compression ratio of 9, the working piston during the working stroke will travel a distance 2 times smaller than in existing engines. In this case, the average pressure of the combustible mixture on the piston will be 2 times greater than in existing engines, and the speed of movement of the piston from V. M. T. to N. M. T. (top and bottom dead center) will also be 2 times greater than in existing engines, and therefore, the speed n will increase 2 times (Fig. 2 var. 1).

Мощность двигателя равна произведению крутящего момента на частоту вращения коленчатого вала
N M_кр•n,
M_кр P_кгс•C, где C плечо-расстояние от центра вращения коленчатого вала до точки нахождения конца шатуна при среднем положении поршня при его движении по цилиндру.Engine power is equal to the product of torque and crankshaft speed
NM _cr • n,
M _cr P _kgf • C, where C is the shoulder distance from the center of rotation of the crankshaft to the point of end of the connecting rod at the average position of the piston when it moves along the cylinder.

В этом случае (фиг. 2 вариант 1) мощность двигателя возрастет всего лишь в 2 раза, так как величина C уменьшится в 2 раза по сравнению с существующими двигателями. In this case (Fig. 2, option 1), the engine power will increase by only 2 times, since the value of C will decrease by 2 times compared with existing engines.

Предлагается уменьшить площадь рабочего поршня в 2 раза (фиг. 2 вариант 2). Тогда можно будет рабочий ход поршня оставить таким, как в существующих двигателях. В этом случае величина C уменьшаться не будет. Тогда мощность N возрастет в 4 раза, так как величины P и n увеличатся в 2 раза, а величина C останется прежней. It is proposed to reduce the area of the working piston by 2 times (Fig. 2 option 2). Then it will be possible to leave the piston stroke as in existing engines. In this case, the value of C will not decrease. Then the power N will increase 4 times, since the values of P and n will increase 2 times, and the value of C will remain the same.

При этом удельное давление на поршень 2 возрастет в 2 раза, но общее давление останется 2P, как в первом предлагаемом варианте (фиг. 2 вар. 1). In this case, the specific pressure on the piston 2 will increase 2 times, but the total pressure will remain 2P, as in the first proposed embodiment (Fig. 2 var. 1).

Если уменьшить диаметр поршня в 0,8 раза, то его площадь уменьшится примерно в 2 раза. Величина камеры сгорания при этом по высоте увеличится незначительно на 2 2,5 мм (фиг. 3). Если в дальнейшем площадь поршня уменьшать еще, а его ход пропорционально уменьшению площади увеличивать, то мощность возрастет еще на некоторую величину. Но уменьшение площади поршня будет ограничено диаметром цилиндра, когда поршень будет находиться в среднем положении. Слишком малая площадь поршня ограничит боковое хождение шатуна, он будет ударяться о гильзу цилиндра. Но до этой величины площадь поршня можно будет уменьшать, учитывая размещение клапанов. В предлагаемой схеме (фиг. 1) вспомогательный поршень в моменты тактов рабочего хода и выпуска отработанных газов в основном рабочем цилиндре не должен уходить от своего верхнего расположения. На практике это осуществить сложно, поэтому предлагается один вспомогательный цилиндр установить на 2 рабочих или (как на фиг. 3) 2 вспомогательных цилиндра на 4 рабочих, не увеличивая общего объема цилиндров. Тогда 1, 3, 4, 6 цилиндры будут рабочими, а 2 и 5 вспомогательными. If you reduce the piston diameter by 0.8 times, then its area will decrease by about 2 times. The size of the combustion chamber will increase slightly in height by 2.5 mm (Fig. 3). If in the future, the piston area is reduced further, and its stroke is proportional to the decrease in area, then the power will increase by a certain amount. But the reduction in piston area will be limited by the diameter of the cylinder when the piston is in the middle position. Too small a piston area will limit the lateral movement of the connecting rod, it will hit the cylinder liner. But up to this value, the piston area can be reduced, given the placement of the valves. In the proposed scheme (Fig. 1), the auxiliary piston should not go away from its upper location at the moments of the strokes of the stroke and exhaust of the exhaust gases in the main working cylinder. In practice, this is difficult to implement, therefore, it is proposed to install one auxiliary cylinder for 2 workers or (as in Fig. 3) 2 auxiliary cylinders for 4 workers, without increasing the total volume of the cylinders. Then 1, 3, 4, 6 cylinders will be working, and 2 and 5 auxiliary.

Работа предлагаемого двигателя будет происходить следующим образом. The operation of the proposed engine will occur as follows.

Чтобы цилиндры 1 и 3 работали синхронно с 2 цилиндром, а 4 и 6 с 5, в головках 1, 3, 4 и 6 цилиндров необходимо установить дополнительно по одному перепускному клапану, кулачки которых на газораспределительном валу должны быть установлены под углом 180^o между 1 и 3 и между 4 и 6 перепускными клапанами. На коленчатом валу шейки под шатуны поршней 1, 2, 3 цилиндров должны быть установлены под углом 90^o относительно шеек под шатуны поршней 4, 5, 6 цилиндров, это условие равномерного вращения коленчатого вала предлагаемого двигателя (фиг. 3).In order for cylinders 1 and 3 to work synchronously with cylinder 2, and 4 and 6 with 5, in the heads of cylinders 1, 3, 4 and 6, it is necessary to install an additional one bypass valve, the cams of which on the gas distribution shaft must be installed at an angle of 180 ^o between 1 and 3 and between 4 and 6 bypass valves. On the crankshaft, the necks under the connecting rods of the pistons 1, 2, 3 cylinders should be installed at an angle of 90 ^o relative to the necks under the connecting rods of the pistons 4, 5, 6 cylinders, this is a condition for uniform rotation of the crankshaft of the proposed engine (Fig. 3).

Когда 1, 2 и 3 поршни пойдут вниз, то согласно схеме на фиг. 3 в первом цилиндре будет идти такт всасывания, так как впускной и перепускной клапаны будут открыты, а в 3 цилиндре будет рабочий ход, так как все клапаны будут закрыты и свеча даст искру. В это время поршни 4, 5 и 6 цилиндров пойдут вверх, тогда в 4 цилиндре пойдет такт сжатия впускной и выпускной клапаны закрыты, а перепускной открыт. В 6 цилиндре произойдет такт выпуска впускной и перепускной клапаны закрыты, а выпускной клапан открыт (фиг. 3). При правильной регулировке зажигания и клапанов новый двигатель будет работать устойчиво на оборотах, в 2 раза больших, чем существующие двигатели такого же литража при равных эксплуатационных условиях, поэтому маховик нового двигателя может быть уменьшен по массе в 2 раза и его инерционное свойство при этом не уменьшится. Это приведет к дополнительному снижению веса нового двигателя. When the pistons 1, 2 and 3 go down, according to the diagram in FIG. 3 in the first cylinder there will be a suction stroke, since the inlet and bypass valves will be open, and in the 3rd cylinder there will be a working stroke, since all valves will be closed and the spark will give a spark. At this time, the pistons of the 4, 5 and 6 cylinders will go up, then the compression stroke of the intake and exhaust valves will be closed in the 4th cylinder, and the bypass valve will open. In the 6th cylinder, the inlet and bypass valves release stroke is closed, and the exhaust valve is open (Fig. 3). With the correct adjustment of the ignition and valves, the new engine will work stably at revolutions 2 times greater than existing engines of the same displacement under equal operating conditions, so the flywheel of the new engine can be reduced by 2 times in weight and its inertial property will not decrease . This will lead to additional weight reduction of the new engine.

Теоретически предлагаемый двигатель с рабочим объемом цилиндров 1,5 л будет развивать мощность в 340 л.с. Расход топлива при этом увеличится всего в 2 раза. В отечественных двигателях такого объема цилиндров мощность доведена до 75-80 л.с. и расход топлива при этом 7,8 8 л на 100 км пробега. В существующих двигателях расход топлива равен 0,1 л на 100 км на 1 л.с. Theoretically, the proposed engine with a cylinder capacity of 1.5 liters will develop a power of 340 hp. Fuel consumption will increase by only 2 times. In domestic engines of this volume of cylinders, the power was brought to 75-80 hp. and fuel consumption at the same time 7.8 8 liters per 100 kilometers. In existing engines, fuel consumption is 0.1 l per 100 km per 1 hp.

8 л 80 л.с. 0,1 л/100 км пробега. 8 l 80 h.p. 0.1 l / 100 km.

В предлагаемом двигателе расход будет равен
16 л 340 л.с. 0,05 л/100 км проб.In the proposed engine, the flow rate will be equal
16 l 340 h.p. 0.05 l / 100 km of samples

Поэтому, если сделать двигатель мощностью 75 л.с. по предлагаемой схеме фиг. 3, то его расход топлива на 100 км пробега составит
0,05 л•75 л.с. 3,75 л/100 км проб.Therefore, if you make an engine with 75 hp according to the proposed scheme of FIG. 3, then its fuel consumption per 100 km is
0.05 L • 75 HP 3.75 L / 100 km of samples

Это примерно в 2,5 раза экономичнее, чем у существующих двигателей такого литража. Учитывая то, что в новом двигателе всасываемая в рабочие цилиндры горючая смесь должна сгорать в объеме, в 2 раза меньшем, чем в существующих двигателях, необходимо будет содержание топлива в горючей смеси снизить путем регулировки карбюратора на 25 30% иначе оно не будет сгорать полностью. Снижение процентного содержания топлива в горючей смеси приведет к дополнительной экономии топлива и расход его будет около 3 л на 100 км пробега. This is about 2.5 times more economical than the existing engines of this displacement. Considering the fact that in a new engine the combustible mixture sucked into the working cylinders should burn in a volume 2 times less than in existing engines, it will be necessary to reduce the fuel content in the combustible mixture by adjusting the carburetor by 25-30% otherwise it will not burn completely. A decrease in the percentage of fuel in the combustible mixture will lead to additional fuel savings and its consumption will be about 3 liters per 100 kilometers.

Из сказанного выше можно прийти к выводу, что, если сделать двигатель по новой схеме с расходом 7,8 8 л на 100 км пробега, то он будет развивать мощность около 200 л.с. From the above, we can conclude that if you make the engine according to the new scheme with a flow rate of 7.8 8 liters per 100 kilometers, it will develop a power of about 200 hp.

Claims

An internal combustion engine is a carburetor or diesel engine containing at least one pair of working cylinders, between which one auxiliary cylinder is installed, the pistons of which are kinematically connected to the crankshaft, while the working cylinders are equipped with exhaust valves, bypass channels with valves in communication with the auxiliary cylinder, characterized the fact that each working cylinder is equipped with an inlet valve connected to the gas distribution shaft by means of a cam.