RU2213872C2 - Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston - Google Patents
Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213872C2 RU2213872C2 RU2000126160/06A RU2000126160A RU2213872C2 RU 2213872 C2 RU2213872 C2 RU 2213872C2 RU 2000126160/06 A RU2000126160/06 A RU 2000126160/06A RU 2000126160 A RU2000126160 A RU 2000126160A RU 2213872 C2 RU2213872 C2 RU 2213872C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- hand cylinder
- combustion chamber
- chamber
- additional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Четырехтактный ДВС с грибовидным поршнем по принципу работы, используемому основными узлами и агрегатами, аналогичен существующим ДВС. Внесенные изменения имеют целью увеличение удельной мощности, что и определит его область применения. The four-stroke ICE with a mushroom piston according to the principle of operation used by the main components and assemblies is similar to the existing ICE. The changes made are aimed at increasing the specific power, which will determine its scope.
Существует многоцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным поршнем (патент DE 2223608). В нем дифференциальный поршень движется в цилиндре, имеющем в верхней части больший, а в нижней меньший диаметр, и образует две полости - камеру сгорания вверху и компрессионную камеру внизу. Эти камеры соединены между собой в определенном порядке через пустотелый вращающийся газораспределительный вал. Такая конструкция позволяет осуществить дополнительную подачу воздуха в камеру сгорания на такте впуска, вентиляцию камер сгорания на такте окончания рабочего хода, начала выпуска и передачу части энергии поршня, движущегося под воздействием рабочих газов, поршням других цилиндров, находящимся в противофазе. There is a multi-cylinder four-stroke internal combustion engine with a differential piston (patent DE 2223608). In it, the differential piston moves in a cylinder having a larger diameter in the upper part and a smaller diameter in the lower part, and forms two cavities - a combustion chamber at the top and a compression chamber at the bottom. These chambers are interconnected in a certain order through a hollow rotating gas distribution shaft. This design allows for additional air supply to the combustion chamber at the inlet stroke, ventilation of the combustion chambers at the stroke of the end of the stroke, the beginning of the release and transmission of part of the energy of the piston moving under the influence of working gases to the pistons of other cylinders in antiphase.
Недостатки:
- процесс подачи дополнительного воздуха в камеру сгорания малоэффективен, т.к. не позволяет повысить давление во время впуска воздуха,
- вентиляция камер сгорания в конце рабочего хода требует повысить давление в перепускных каналах до большего значения, что усложняет конструкцию,
- количество воздуха, подаваемое на продувку, не может быть отрегулировано, определяется конструктивно,
- передача энергии поршням других цилиндров при такой конструкции не может производиться плавно и постоянно, а производится скачкообразно, что ухудшает плавность работы двигателя,
- конструкция неоправданно усложнена и нетехнологична (в цилиндрах введены три дополнительных отверстия, усложнен газораспределительный механизм, забор атмосферного воздуха производится в двух местах).Disadvantages:
- the process of supplying additional air to the combustion chamber is ineffective, because does not allow to increase the pressure during the air inlet,
- ventilation of the combustion chambers at the end of the stroke requires increasing the pressure in the bypass channels to a higher value, which complicates the design,
- the amount of air supplied to the purge cannot be adjusted, it is determined constructively,
- energy transfer to the pistons of other cylinders with this design cannot be carried out smoothly and continuously, but is carried out spasmodically, which impairs the smoothness of the engine,
- the design is unjustifiably complicated and non-technological (three additional holes are introduced in the cylinders, the gas distribution mechanism is complicated, atmospheric air is taken in two places).
Другим вариантом улучшения использования объема двигателя является двухтактный двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2054128 C1). Он имеет самое меньшее два цилиндра одного диаметра, в которых двигаются поршни со штоками. Устройство приведено на фиг.7. Как и в предыдущем, поршень делит цилиндр на две полости. Верхняя полость одного цилиндра перепускным каналом 3, 4 с односторонним клапаном 14 с нижней другого цилиндра. Впускные клапаны расположены в нижней полости, выпускные 7 в верхней. В нижней полости происходит такт впуска и сжатия, в верхней - рабочий ход и выпуск. Another option for improving the use of engine volume is a two-stroke internal combustion engine (patent RU 2054128 C1). It has at least two cylinders of the same diameter in which pistons with rods move. The device is shown in Fig.7. As in the previous one, the piston divides the cylinder into two cavities. The upper cavity of one
Недостатки:
- необходимо крейцкопфное соединение шатуна со штоком,
- из-за того, что объем верхней полости, переходного канала и воздуха, потраченного на продувку, больше объема нижней полости, жестче ограничен по времени момент поджигания топлива (воздух будет быстрее расширяться и терять температуру, чем сжимался),
- момент начала продувки определяется регулировкой односторонних клапанов перепускных каналов и жестко не связан с моментом поджигания топлива,
- скачок давления в нижней полости в момент начала продувки ухудшает плавность работы двигателя.Disadvantages:
- the crosshead connection of the connecting rod with the rod is necessary,
- due to the fact that the volume of the upper cavity, the transition channel and the air spent on purging is larger than the volume of the lower cavity, the time of ignition of the fuel is more strictly limited in time (the air will expand faster and lose temperature than it was compressed),
- the start time of the purge is determined by adjusting the one-way valves of the bypass channels and is not rigidly connected with the moment of ignition of the fuel,
- a pressure jump in the lower cavity at the time of starting the purge affects the smooth operation of the engine.
Основным преимуществом двухтактных двигателей перед четырехтактными является большая удельная мощность. А удельная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей двигателя, определяющих плавность его работы. В предлагаемом четырехтактном двигателе решается задача увеличения удельной мощности при повышении плавности и устойчивости работы. The main advantage of two-stroke engines over four-stroke ones is its high power density. And specific power directly depends on the design features of the engine, which determine the smoothness of its operation. The proposed four-stroke engine solves the problem of increasing specific power while increasing smoothness and stability.
Прототипом ДВС с грибовидным поршнем по принципу воздействия рабочих газов является двигатель двойного действия (Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. А. С. Орлин. М.: Машиностроение, 1970 г.) Его устройство приведено на фиг.1. Обозначения: 6 - цилиндр, 10 - поршень, 11 - шток, 12 - крейцкопф, 13 - шатун. Поршень соединен с коленвалом через крейцкопф и шатун. Крейцкопф обеспечивает прямолинейное движение штока. Преимущества: увеличение количества тактов в два раза за единицу времени, отсюда увеличение удельной мощности на 80-85%. Недостатком является сложность конструкции. The prototype of an internal combustion engine with a mushroom piston according to the principle of exposure to working gases is a double-acting engine (Design and operation of reciprocating and combined engines. A. S. Orlin. M.: Mechanical Engineering, 1970). Its device is shown in Fig. 1. Designations: 6 - cylinder, 10 - piston, 11 - rod, 12 - crosshead, 13 - connecting rod. The piston is connected to the crankshaft via a crosshead and a connecting rod. Crosshead provides rectilinear stem movement. Advantages: an increase in the number of ticks by a factor of two per unit time, hence the increase in power density by 80-85%. The disadvantage is the complexity of the design.
Четырехтактный ДВС с грибовидным поршнем отличается от прототипа тем, что в нем применен поршень с большим диаметром в верхней части и меньшим в нижней и копирующий его форму цилиндр (если поршень находится в НМТ). A four-stroke ICE with a mushroom-shaped piston differs from the prototype in that it uses a piston with a larger diameter in the upper part and a smaller cylinder in the lower part and copying its shape (if the piston is in the BDC).
Такое его устройство позволяет ввести кроме основной камеры сгорания, расположенной над поршнем, и дополнительную, расположенную между утолщением поршня и выступом цилиндра. Such a device allows it to enter, in addition to the main combustion chamber located above the piston, and an additional one located between the thickening of the piston and the protrusion of the cylinder.
Основным элементом, присущим и двигателю двойного действия, и двигателю с грибовидным поршнем, является наличие двух камер сгорания. The main element inherent in the double-acting engine and the mushroom piston engine is the presence of two combustion chambers.
Отличия:
- в двигателе с грибовидным поршнем полость 2 камеры сгорания (нижняя) не имеет своих клапанов и форсунки и соединена переходным каналом с полостью 1 (верхней) соседнего цилиндра,
- в предлагаемом двигателе нет крейцкопфа и штока,
- количество тактов за единицу времени не увеличено, но действие одного такта распределено сразу на два цилиндра,
- объем полости 1 существенно больше объема полости 2.Differences:
- in an engine with a mushroom-shaped piston, the cavity 2 of the combustion chamber (lower) does not have its valves and nozzles and is connected by a transition channel to the cavity 1 (upper) of the adjacent cylinder,
- in the proposed engine there is no crosshead and rod,
- the number of measures per unit time is not increased, but the action of one measure is distributed immediately to two cylinders,
- the volume of the
Таким образом, двигатель с грибовидным поршнем реализует основные преимущества двигателя двойного действия при значительном упрощении конструкции. Thus, the mushroom piston engine realizes the main advantages of the double-acting engine with a significant simplification of the design.
Решение задачи заключается в том, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни грибовидной формы с утолщением, с большим диаметром в верхней части и с меньшим диаметром в нижней части, гильзы цилиндров, имеющие диаметр, равный большему диаметру поршня в верхней части, а в нижней части имеющие выступ с отверстием, равным меньшему диаметру поршня, полости камер сгорания, расположенные над поршнями, полости между утолщением поршня и выступом гильзы, являющиеся дополнительными камерами, и переходные каналы, которые сообщают дополнительную камеру левого цилиндра с полостью камеры сгорания правого цилиндра, и полость камеры сгорания левого цилиндра - с дополнительной камерой правого цилиндра, обеспечивая во время рабочего хода в левом цилиндре перетекание рабочих газов из полости камеры сгорания левого цилиндра в дополнительную камеру правого цилиндра, при этом в правом цилиндре происходит сжатие, поршень левого цилиндра сжимает воздух в дополнительной камере, который через переходной канал перетекает в полость камеры сгорания правого цилиндра, а при рабочем ходе в правом цилиндре газы из полости камеры сгорания правого цилиндра перетекают в дополнительную камеру левого цилиндра, а из дополнительной камеры правого цилиндра отработанные газы перетекают в полость камеры сгорания левого цилиндра, где происходит такт выпуска, причем при такте впуска в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в полости камеры сгорания правого цилиндра и в дополнительной камере сгорания левого цилиндра происходит такт выпуска, а при такте сжатия в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в дополнительной камере сгорания левого цилиндра и в полости камеры сгорания правого цилиндра происходит такт впуска. The solution to this problem is that a four-stroke internal combustion engine containing mushroom-shaped pistons with a thickening, with a larger diameter in the upper part and with a smaller diameter in the lower part, cylinder liners having a diameter equal to the larger diameter of the piston in the upper part and in the lower parts having a protrusion with an opening equal to the smaller diameter of the piston, cavities of the combustion chambers located above the pistons, cavities between the thickening of the piston and the protrusion of the sleeve, which are additional chambers, and transition channels that are communicate the additional chamber of the left cylinder with the cavity of the combustion chamber of the right cylinder, and the cavity of the combustion chamber of the left cylinder with the additional chamber of the right cylinder, providing during the working stroke in the left cylinder the flow of working gases from the cavity of the combustion chamber of the left cylinder into the additional chamber of the right cylinder, compression occurs in the right cylinder, the piston of the left cylinder compresses the air in the additional chamber, which flows through the transition channel into the cavity of the combustion chamber of the right cylinder, and and the working stroke in the right cylinder, gases from the cavity of the combustion chamber of the right cylinder flow into the additional chamber of the left cylinder, and from the additional chamber of the right cylinder the exhaust gases flow into the cavity of the combustion chamber of the left cylinder, where, at the intake stroke, into the combustion chamber of the left cylinder cylinder and in the additional chamber of the right cylinder, in the cavity of the combustion chamber of the right cylinder and in the additional combustion chamber of the left cylinder, a release stroke occurs, and with a compression stroke in the cavity of the cam Combustion of the left cylinder and in the additional chamber of the right cylinder, in the additional combustion chamber of the left cylinder and in the cavity of the combustion chamber of the right cylinder, an intake stroke occurs.
Графический материал. Graphic material.
Фиг.1. Двигатель внутреннего сгорания двойного действия. Figure 1. Double-acting internal combustion engine.
Фиг. 2. Продольный разрез двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем. FIG. 2. A longitudinal section of an internal combustion engine with a mushroom piston.
Фиг. 3. Работа двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем по тактам. FIG. 3. The operation of a two-cylinder internal combustion engine with a mushroom piston in tacts.
Фиг.4. Таблица очередности тактов двухцилиндрового двигателя с грибовидным поршнем. Figure 4. The table of the sequence of strokes of a two-cylinder engine with a mushroom-shaped piston.
Фиг.5. График изменения силы по фазам вращения коленчатого вала.Figure 5. Strength Chart on phases of rotation of a cranked shaft.
Фиг. 6. Схема сил, действующих на поршень и коленчатый вал обычного двигателя на такте рабочий ход. FIG. 6. Scheme of forces acting on the piston and crankshaft of a conventional engine at the stroke of the stroke.
Фиг.7. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, патент RU 2054128 С1,
Фиг. 8. Продольный разрез четырехцилиндрового двигателя с грибовидным поршнем.7. Two-stroke internal combustion engine, patent RU 2054128 C1,
FIG. 8. A longitudinal section of a four-cylinder engine with a mushroom-shaped piston.
Устройство двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем приведено на фиг.2. Полость 1 является основной, а полость 2 дополнительной камерами сгорания. Полость 2 занимает объем между утолщением поршня 5 и выступом гильзы цилиндра 6. Полость 2 левого цилиндра соединена переходным каналом 3 с полостью 1 правого, а полость 1 левого цилиндра переходным каналом 4 с полостью 2 правого. Остальные обозначения: 7 - клапаны, 8 - форсунки или свечи, 9 - компрессионные кольца. The device of the internal combustion engine with a mushroom piston is shown in Fig.2. The
Фиг. 3. Принцип работы на примере двухцилиндрового дизельного двигателя, поршни и клапаны изображены в положении начала такта без учета углов опережения. FIG. 3. The principle of operation on the example of a two-cylinder diesel engine, pistons and valves are depicted in the position of the beginning of the cycle without taking into account the advance angles.
А. В левом цилиндре впрыск топлива, начало такта рабочий ход. При движении от верхней до нижней мертвой точки поршень своим телом открывает переходной канал А и рабочие газы из полости 1 левого цилиндра перетекают в полость 2 правого, воздействуя на поршни обоих цилиндров. В правом цилиндре такт сжатия. Поршень левого цилиндра сжимает воздух в полости 2, который через переходный канал 3 перетекает в полость 1 правого цилиндра. A. In the left cylinder fuel injection, the beginning of the stroke working stroke. When moving from top to bottom dead center, the piston opens the transition channel A with its body and the working gases from the
Б. Рабочий ход в полости 1 правого цилиндра. При движении поршня открывается переходной канал 3 и рабочие газы из полости 1 правого цилиндра перетекают в полость 2 левого. Из полости 2 правого цилиндра отработанные газы через канал 4 перетекают в полость 1 левого, происходит такт выпуска. B. Working stroke in the
В. Левый цилиндр - такт впуска в полости 1 и в полости 2 правого цилиндра. В полости 2 левого и в полости 1 правого - выпуск. B. The left cylinder is the intake stroke in
Г. В полости 1 левого цилиндра и в полости 2 правого такт сжатия. В полости 2 левого и полости 1 правого - впуск. D. In the
Фиг. 6. Схема сил, действующих на поршень и коленчатый вал. - результирующая всех сил, действующих на поршень. В точке соединения поршня с шатуном она раскладывается на силу , направленную перпендикулярно к оси поршня, и силу , направленную вдоль оси шатуна. В свою очередь сила в точке соединения шатуна с коленчатым валом раскладывается на силу - нормальную, направленную к центру вращения, и силу - направленную по касательной к окружности вращения и создающую момент вращения.FIG. 6. Scheme of forces acting on the piston and crankshaft. - the result of all the forces acting on the piston. At the point of connection of the piston with the connecting rod, it decomposes into force directed perpendicular to the axis of the piston, and the force directed along the connecting rod axis. Power in turn at the connecting point of the connecting rod with the crankshaft decomposes on the force - normal, directed to the center of rotation, and force - directed along the tangent to the circle of rotation and creating a moment of rotation.
Фиг. 5. График зависимости силы от фазы вращения коленчатого вала. Выполнен в одном масштабе.FIG. 5. The graph of the dependence of power from the phase of rotation of the crankshaft. Made in one scale.
А. График зависимости силы для обычного двигателя с двумя цилиндрами со сдвигом тактов на 180o (Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. А.С. Орлин. М.: Машиностроение, 1970 г.):
- - - - левый цилиндр,
- • - • - правый цилиндр,
-------- результирующая.A. Graph of force for a conventional engine with two cylinders with a clock cycle shift of 180 o (Design and operation of piston and combined engines. A.S. Orlin. M.: Mechanical Engineering, 1970):
- - - - the left cylinder,
- • - • - the right cylinder,
-------- resulting.
Б, В. Графики изменения силы в двигателе с грибовидным поршнем для левого и правого цилиндров соответственно. Очередность тактов из таблицы фиг. 4. Принимается, что объем полости 1 в два раза больше объема полости 2, а их сумма равна объему камеры сгорания обычного двигателя, график А:
- - - - полость 1,
- • - • - полость 2,
------- результирующая.B, C. Graphs of changes in strength in a mushroom piston engine for the left and right cylinders, respectively. The sequence of measures from the table of FIG. 4. It is assumed that the volume of the
- - - -
- • - • - cavity 2,
------- resulting.
Г. График суммарной силы обоих цилиндров двигателя с грибовидным поршнем.G. Graph of total strength both engine cylinders with mushroom piston.
Из сравнения результирующих сил Т обычного двигателя и двигателя с грибовидным поршнем видно, что второй обладает большей плавностью работы на тактах сжатия и рабочий ход. From a comparison of the resulting forces T of a conventional engine and an engine with a mushroom-shaped piston, it can be seen that the second has a greater smoothness of operation on the compression strokes and the stroke.
Фиг. 7. Вариант четырехтактного (или кратного четырем) двигателя с грибовидным поршнем. Отличается от рассматриваемого тем, что не имеет переходного канала 4, полости 1 и 2 всех цилиндров соединены последовательно в кольцо. FIG. 7. A variant of a four-stroke (or a multiple of four) engine with a mushroom-shaped piston. It differs from the considered one in that it does not have a transition channel 4,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126160/06A RU2213872C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000126160/06A RU2213872C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000126160A RU2000126160A (en) | 2002-09-27 |
RU2213872C2 true RU2213872C2 (en) | 2003-10-10 |
Family
ID=31988031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000126160/06A RU2213872C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213872C2 (en) |
-
2000
- 2000-10-17 RU RU2000126160/06A patent/RU2213872C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101548082B (en) | Double piston cycle engine | |
US6953010B1 (en) | Opposed piston opposed cylinder free piston engine | |
RU2386047C2 (en) | Two-phase axial piston internal combustion engine | |
US7004120B2 (en) | Opposed piston engine | |
US4169434A (en) | Internal combustion engine with stepped piston supercharger | |
CA2185577A1 (en) | High-efficiency explosion engine provided with a double-acting piston cooperating with auxiliary feed and inlet units | |
EP0476010A4 (en) | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders | |
US7614369B2 (en) | Reciprocating cylinder engine | |
RU2213872C2 (en) | Four-stroke internal combustion engine with mushroom-like piston | |
US2937630A (en) | Compound internal combustion engine | |
JPH05502707A (en) | Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinder | |
US5048473A (en) | Method and apparatus for equipping a two-stroke engine which is self-supercharged by post-charging and in which an admission duct provides pre-exhaust into a storage chamber | |
KR100567989B1 (en) | Method for obtaining high efficiency in an internal combustion engine and the internal combustion engine | |
US2508391A (en) | Two-cycle internal-combustion engine | |
JPH0216324A (en) | Two cycle engine | |
WO1995004877A3 (en) | Internal combustion thermal engine comprising at least two opposed cylinders | |
US6478006B1 (en) | Working cycle for a heat engine, especially an internal combustion engine, and an internal combustion engine | |
RU2029109C1 (en) | Internal combustion engine with crank-chamber blowing | |
GB2196384A (en) | Diesel and steam engine | |
RU2800634C1 (en) | Turbine piston internal combustion engine | |
GB2261025A (en) | Four-stroke engine inlet and exhaust valving | |
US20230044154A1 (en) | T-scavenged opposed piston engine | |
RU2092696C1 (en) | Axial internal combustion engine | |
RU2167315C2 (en) | Thermodynamic cycle for internal combustion engine and device for executing the cycle | |
RU2144141C1 (en) | Four-stroke combination internal combustion engine and method of use of high-pressure hot gases |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051018 |