RU2136926C1

RU2136926C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2136926C1
Application number: RU98118036A
Authority: RU
Inventors: В.И. Давыдов
Original assignee: Давыдов Василий Иванович
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; road vehicles heat engines. SUBSTANCE: internal combustion engine has hermetically sealed housing accommodating two peripheral and one central spaces. Peripheral spaces are made in form of cylinders with heads. Reciprocating piston is placed in each cylinder. Pistons are rigidly coupled with each other. Flywheel placed in central space provides conversion of kinetic energy of reciprocating motion into rotary motion. Flywheel rim is provided with blind holes. Flywheel is secured on line shaft whose axis is orthogonal to cylinder longitudinal axis. Blind holes are located at angle to flywheel generatrix in direction of rotation. Each piston divides cylinders into combustion chamber and delivery chamber. The latter is filled with liquid medium. Central space communicates with each liquid medium delivery chamber through liquid medium delivery and return channels arranged to form hollow pocket for bypassing working medium. EFFECT: increased efficiency and service life of engine operating in vehicles. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции тепловых двигателей, в частности к двигателям внутреннего сгорания с возвратно-поступательно движущимися поршнями и может быть использовано в машиностроении при изготовлении, например наземных транспортных средств. The invention relates to the construction of heat engines, in particular to internal combustion engines with reciprocating moving pistons and can be used in mechanical engineering in the manufacture of, for example, land vehicles.

Широко известны двигатели внутреннего сгорания, в которых топливо сгорает непосредственно внутри цилиндров. Двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, системы охлаждения, смазочной системы, систем питания и зажигания, при этом кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров, общей одной или нескольких головок цилиндров, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика и поддона картера. [Луканин В.Н. и др. "Двигатели внутреннего сгорания", М. , Высшая школа, т.1, 1995 г. или "Легковой автомобиль. 400 неисправностей и способы их устранения", сост. Шабунин В.М., М., АСС-Центр, Герда, 1997 г., с. 19]. Widely known internal combustion engines in which fuel is burned directly inside the cylinders. The engine consists of a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a cooling system, a lubrication system, power and ignition systems, while the crank mechanism consists of a cylinder block, a common one or more cylinder heads, pistons with rings and piston fingers, connecting rods, crankshaft shaft with bearings, flywheel and oil pan. [Lukanin V.N. and others. "Internal combustion engines", M., Higher school, v.1, 1995 or "Passenger car. 400 malfunctions and methods for their elimination", comp. Shabunin V.M., M., ACC Center, Gerda, 1997, p. 19].

В известных двигателях кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Длительная работа двигателей (около 100 тыс. км. пробега) приводит к тому, что из-за давления шатуна на стенку цилиндра, последний приобретает элипсообразную форму. Это требует расточки цилиндра и приводит к увеличению его диаметра, что, в свою очередь требует установки новых колец. Использование известной конструкции двигателя не обеспечивает желаемую долговечность и надежность работы. Двигатель характеризуется невысоким коэффициентом полезного действия (КПД) и сложностью конструкции. In known engines, the crank mechanism serves to convert the rectilinear reciprocating motion of the pistons into the rotational motion of the crankshaft. Long-term operation of the engines (about 100 thousand km. Mileage) leads to the fact that, due to the pressure of the connecting rod on the cylinder wall, the latter takes on an elliptical shape. This requires a bore of the cylinder and leads to an increase in its diameter, which, in turn, requires the installation of new rings. Using the known engine design does not provide the desired durability and reliability. The engine is characterized by a low coefficient of performance (COP) and design complexity.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю является двухходовой линейный двигатель Штельцера. Двигатель состоит из корпуса, в котором выполнены цилиндрические расточки, разделяющие корпус на две периферийные и центральную полости, и поршневого блока, установленного с возможностью свободного возвратно-поступательного движения, поршневой блок снабжен тремя поршнями, жестко закрепленными на одной оси, при этом два поршня являются рабочими и размещены на противоположных концах поршневого блока с возможностью возвратно-поступательного движения в периферийных полостях корпуса и один компрессионный, размещенный в средней части поршневого блока с возможностью возвратно-поступательного движения в центральной полости корпуса. [Изобретатель и рационализатор, N 5, 1990 г., с. 44]. Closest to the proposed engine is a two-way linear Stelzer engine. The engine consists of a housing in which cylindrical bores are made, dividing the housing into two peripheral and central cavities, and a piston unit mounted with the possibility of free reciprocating movement, the piston unit is equipped with three pistons rigidly fixed on one axis, the two pistons being workers and placed on opposite ends of the piston block with the possibility of reciprocating motion in the peripheral cavities of the housing and one compression placed in the middle of the pores a stern block with the possibility of reciprocating movement in the Central cavity of the body. [Inventor and rationalizer, N 5, 1990, p. 44].

Известный двигатель внутреннего сгорания характеризуется высоким КПД, предельной простотой кинематической схемы, отсутствием кривошипно-шатунного механизма, а также распределительного вала с кулачками, толкателями и клапанами в механизме газораспределения. Это позволяет увеличить надежность и долговечность двигателя. Однако использование его для приведения в движение транспортного средства трудно реализуемо. The well-known internal combustion engine is characterized by high efficiency, extreme simplicity of the kinematic scheme, the absence of a crank mechanism, as well as a camshaft with cams, pushers and valves in the gas distribution mechanism. This allows you to increase the reliability and durability of the engine. However, using it to propel a vehicle is difficult to implement.

Задача изобретения - повышение эффективности и долговечности работы двигателя в транспортных средствах. The objective of the invention is to increase the efficiency and durability of the engine in vehicles.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый двигатель внутреннего сгорания состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещены две периферийные и центральная полости, периферийные полости выполнены в виде цилиндров с головками, в каждом цилиндре размещен поршень с возможностью возвратно-поступательного движения, поршни жестко связаны друг с другом, а в центральной полости размещено маховое колесо для преобразования кинетической энергии возвратно-поступательного движения во вращательное, обод которого снабжен глухими отверстиями, маховое колесо закреплено на линейном валу, ось которого ортогональна продольной оси цилиндров, глухие отверстия размещены под углом к образующей махового колеса по ходу его вращения, каждый из поршней делит цилиндры на камеру сгорания и камеру подачи, последняя заполнена жидким рабочим телом, а центральная полость сообщена с каждой камерой подачи жидкого рабочего тела посредством каналов подачи и возврата жидкого рабочего тела, последние размещены таким образом, что их стенки образуют полый карман для перепускания рабочего тела. The problem is solved in that the proposed internal combustion engine consists of a sealed housing, inside which there are two peripheral and central cavities, the peripheral cavities are made in the form of cylinders with heads, a piston with reciprocating motion is placed in each cylinder, the pistons are rigidly connected to each other another, and in the central cavity there is a flywheel for converting the kinetic energy of the reciprocating motion into rotational, the rim of which is equipped with deaf holes, the flywheel is mounted on a linear shaft whose axis is orthogonal to the longitudinal axis of the cylinders, blind holes are placed at an angle to the generatrix of the flywheel during its rotation, each of the pistons divides the cylinders into a combustion chamber and a feed chamber, the latter is filled with a liquid working fluid, and the central one a cavity is in communication with each chamber for supplying a liquid working fluid by means of channels for supplying and returning a liquid working fluid, the latter being arranged so that their walls form a hollow pocket for bypassing the working fluid on the body.

Маховое колесо установлено на валу с возможностью передачи вращательного движения и снабжено опорным подшипником. Глухие отверстия размещены по ободу махового колеса по ходу движения под острым углом к образующей, а профиль отверстий выполнен с возможностью создания тангенциального направления движения рабочего тела. Камера сгорания снабжена системой принудительного поджига, размещенной на головке цилиндра и снабженной датчиком положения, форсункой для подачи топливной смеси и выпускным отверстием. Поршни жестко связаны между собой соединительными тягами. Канал подачи рабочего тела в центральную полость выполнен в форме воронки, выходное отверстие которой направлено к глухим отверстиям махового колеса. Канал возврата рабочего тела в камеру подачи снабжен обратным клапаном. Объем жидкого рабочего тела соизмерим с суммой объемов глухих отверстий на маховом колесе, а площадь отверстия канала возврата равна площади глухого отверстия. В качестве жидкого рабочего тела может быть использован антифриз. Корпус выполнен из любого известного конструкционного металла, например, стали, алюминия и др. The flywheel is mounted on the shaft with the possibility of transmitting rotational motion and is equipped with a thrust bearing. Blind holes are placed along the rim of the flywheel in the direction of travel at an acute angle to the generatrix, and the profile of the holes is made with the possibility of creating a tangential direction of movement of the working fluid. The combustion chamber is equipped with a forced ignition system located on the cylinder head and equipped with a position sensor, an injector for supplying a fuel mixture and an outlet. Pistons are rigidly interconnected by connecting rods. The feed channel of the working fluid into the central cavity is made in the form of a funnel, the outlet of which is directed to the blind holes of the flywheel. The return channel of the working fluid to the feed chamber is equipped with a check valve. The volume of the liquid working fluid is commensurate with the sum of the volumes of the blind holes on the flywheel, and the opening area of the return channel is equal to the area of the blind hole. As a liquid working fluid, antifreeze can be used. The housing is made of any known structural metal, for example, steel, aluminum, etc.

Сравнение предлагаемого двигателя с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна", т.к. предложено новое решение основных конструктивных узлов двигателя внутреннего сгорания, в частности центральной части корпуса, обеспечивающей эффективное преобразование кинетической энергии возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение линейного вала. Comparison of the proposed engine with the prototype allows us to conclude that the proposed solutions meet the criterion of "novelty", because A new solution is proposed for the main structural units of the internal combustion engine, in particular the central part of the housing, which provides the effective conversion of the kinetic energy of the reciprocating motion of the pistons into the rotational motion of the linear shaft.

Несмотря на то, что использование махового колеса давно известно в науке и технике для аккумуляции механической энергии в машинах с неравномерным вращающим моментом, дополнительное размещение глухих отверстий в его ободе обеспечивает одновременное выполнение им функции крыльчатки. Предложенная конструкция двигателя в целом и его отдельных конструктивных элементов, характеризуется новой совокупностью существенных признаков и обеспечивает получение нового технического результата - повышение КПД, надежности и долговечности работы двигателя в транспортных средствах. Кроме того, применение предлагаемой конструкции позволит снизить материалоемкость и массогабаритные показатели двигателей за счет существенного упрощения двигателя по сравнению с традиционно применяемыми. Despite the fact that the use of a flywheel has long been known in science and technology for the accumulation of mechanical energy in machines with uneven torque, the additional placement of blind holes in its rim ensures that it simultaneously functions as an impeller. The proposed design of the engine as a whole and its individual structural elements is characterized by a new set of essential features and provides a new technical result - increased efficiency, reliability and durability of the engine in vehicles. In addition, the application of the proposed design will reduce the consumption of materials and overall dimensions of the engines due to the significant simplification of the engine compared to traditionally used.

Все вышеизложенное позволяет утверждать о соответствии заявляемого двигателя внутреннего сгорания критерию "изобретательский уровень". All of the above allows us to confirm the compliance of the claimed internal combustion engine with the criterion of "inventive step".

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания иллюстрируется следующим. The inventive internal combustion engine is illustrated by the following.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя внутреннего сгорания в разрезе, на фиг. 2 - узел центральной части корпуса. In FIG. 1 is a sectional perspective view of an internal combustion engine; FIG. 2 - node of the central part of the housing.

Заявляемый двигатель состоит из корпуса 1, цилиндров 2 и 3, образуемых его периферийными полостями, с головками 4 и 5. В цилиндрах 2 и 3 размещены поршни 6 и 7, жестко связанные между собой соединительными тягами 8. В центральной полости корпуса 1 установлено маховое колесо 9, которое закреплено на валу 10, опорный подшипник 11. Обод махового колеса 9 снабжен глухими отверстиями 12, которые расположены под углом к образующей. Поршни 6 и 7 делят цилиндры 2 и 3 на камеру сгорания 13 и камеру подачи 14 жидкого рабочего тела. Камера сгорания 13 снабжена свечой зажигания 15, соединенная с датчиком положения 16, форсункой 17 для подачи топливной смеси и выпускным отверстием 18. Камера подачи жидкого рабочего тела 14 сообщена с маховым колесом посредством каналов подачи 19 и каналов возврата 20, стенки которых образуют карман 21 для перепускания рабочего тела. Поршни 6 и 7 снабжены уплотнительными кольцами. Соединительные тяги 8 размещены в направляющих, выполненных в корпусе 1. The inventive engine consists of a housing 1, cylinders 2 and 3, formed by its peripheral cavities, with heads 4 and 5. In the cylinders 2 and 3 there are pistons 6 and 7, rigidly interconnected by connecting rods 8. A flywheel is installed in the central cavity of the housing 1 9, which is mounted on the shaft 10, the thrust bearing 11. The rim of the flywheel 9 is provided with blind holes 12, which are located at an angle to the generatrix. Pistons 6 and 7 divide the cylinders 2 and 3 into the combustion chamber 13 and the feed chamber 14 of the liquid working fluid. The combustion chamber 13 is equipped with a spark plug 15 connected to a position sensor 16, an injector 17 for supplying a fuel mixture and an outlet 18. The supply chamber of the liquid working fluid 14 is in communication with the flywheel by means of supply channels 19 and return channels 20, the walls of which form a pocket 21 for bypassing the working fluid. Pistons 6 and 7 are provided with o-rings. Connecting rods 8 are placed in guides made in the housing 1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Горючую смесь подают в камеру сгорания 13 при положении поршня 7 в положении нижней мертвой точки. При контакте поршня 6, перемещающегося в положение верхней мертвой точки, с датчиком положения 16 срабатывает свеча зажигания 15, происходит воспламенение горючей смеси, и поршень 6 под действием возникающего давления перемещается в нижнюю мертвую точку, выдавливая рабочее тело из камеры подачи 14 через канал подачи 19 на глухие отверстия 12 махового колеса 9. Маховое колесо 9 под действием давления рабочего тела приводится во вращение, а вращательный момент передается валу 10. Одновременно с движением поршня 6 вниз к нижней мертвой точке, жестко связанный с ним поршень 7 в противофазе перемещается вверх, достигая верхней мертвой точки. В цилиндре 3 открывается камера подачи 14 рабочего тела, в которую из глухих отверстий 12 движущегося махового колеса 9 через канал возврата 20 с обратным клапаном 21 перемещается рабочее тело. При нахождении поршня 7 в положении верхней мертвой точки срабатывает датчик положения 16 и свеча зажигания 15, расположенная на головке 5 цилиндра 3, происходит воспламенение горючей смеси и рабочий цикл повторяется. Карманы 22 выполняют функцию буферной емкости. The combustible mixture is fed into the combustion chamber 13 when the piston 7 is in the bottom dead center position. When the piston 6 moving to the top dead center position contacts the position sensor 16, the spark plug 15 is activated, the combustible mixture ignites, and the piston 6 moves to the bottom dead center by the pressure that arises, squeezing the working fluid out of the feed chamber 14 through the feed channel 19 to the blind holes 12 of the flywheel 9. The flywheel 9 is driven into rotation by the pressure of the working fluid, and the rotational moment is transmitted to the shaft 10. Simultaneously with the movement of the piston 6 down to the bottom dead point, rigidly associated with it, the piston 7 in antiphase moves up, reaching top dead center. In the cylinder 3, the feed chamber 14 of the working fluid opens, into which the working fluid moves from the blind holes 12 of the moving flywheel 9 through the return channel 20 with a check valve 21. When the piston 7 is in the top dead center position position sensor 16 is activated and the spark plug 15 located on the cylinder head 5 of the cylinder 3, the combustible mixture ignites and the duty cycle is repeated. Pockets 22 serve as a buffer capacity.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания характеризуется относительной простотой конструкции, отсутствием быстроизнашивающихся конструктивных узлов и необходимостью регулярного восстановления узлов трения, не подвержен перегревам. Все это обеспечивает длительный эксплуатационный ресурс и надежность двигателя. Заявляемая конструкция обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии сжигания горючей смеси в механическую энергию вращательного движения линейного вала. The inventive internal combustion engine is characterized by relative simplicity of design, the absence of wearing parts and the need for regular restoration of friction units, not subject to overheating. All this provides a long service life and engine reliability. The inventive design provides high efficiency conversion of the energy of combustion of the combustible mixture into the mechanical energy of the rotational motion of the linear shaft.

Claims

1. An internal combustion engine, consisting of a sealed housing, inside which two peripheral and central cavities are placed, peripheral cavities are made in the form of cylinders with heads, a piston with reciprocating motion is placed in each cylinder, the pistons are rigidly connected to each other, characterized in that a flywheel is located in the central cavity, the rim of which is provided with blind holes, the flywheel is mounted on a linear shaft, the axis of which is orthogonal to the longitudinal axis of the cylinders, the blind holes The holes are placed at an angle to the generatrix of the flywheel during its rotation, each of the pistons divides the cylinders into a combustion chamber and a feed chamber, the feed chamber is filled with a liquid working fluid, the central cavity is in communication with each supply chamber of the liquid working fluid through the supply and return channels of the liquid working fluid , the latter are placed relative to each other with the possibility of the formation of a hollow pocket.

2. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the blind holes are placed at an acute angle to the generatrix of the flywheel, and their profile is configured to create a tangential direction of movement of the working fluid.

3. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the flywheel is mounted on the shaft with the possibility of transmitting the last rotational movement.

4. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the combustion chamber is equipped with a forced ignition system located on the cylinder head and equipped with a position sensor, an injector for supplying the fuel mixture and an outlet.

5. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the pistons are interconnected by connecting rods.

6. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the feed channel of the liquid working fluid is made in the form of a funnel, the outlet of which is directed to the blind holes of the flywheel.

7. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the return channel of the liquid working fluid is equipped with a check valve.

8. The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the area of the opening of the return channel of the liquid working fluid is equal to the area of the blind hole.