RU2246014C2

RU2246014C2 - Internal combustion engine with communicating cylinders

Info

Publication number: RU2246014C2
Application number: RU2001103470/06A
Authority: RU
Inventors: А.А. Зуев (RU); А.А. Зуев
Original assignee: Зуев Анатолий Алексеевич
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2005-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used as power plant on automobiles, tractors, diesel locomotives and other vehicles. Proposed internal combustion engine with communicating cylinders contains cylinder block with spark plugs, block head, camshaft set into rotation by drive. Cams of camshaft are installed for interaction with valves of communicating cylinders to provide simultaneous opening of intake valves of first and second cylinders relative to TDC of first cylinder and simultaneous closing relative to BDC of second cylinder, and simultaneous closing of exhaust valves of first and second cylinders relative to TDC of second cylinder and simultaneous opening of exhaust valves relative to BDC of first cylinder. Head of cylinder block is provided with intake and exhaust manifolds. Channels connecting two communicating cylinders is made in form of restrictor with adjustable flow area. Crankshaft is provided with paired cranks located at displacement relative of each other through φ=3-10 - degrees of crankshaft turning, and angle between pairs of cranks is equal to 360^o/n where n is number of crank pairs. Second cylinder is furnished with nozzle.

EFFECT: increase power and improved ecological characteristics, reduced heat stress and roughness of engine at stable operation under all loads and speeds.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве силовой установки на автомобилях, тракторах, тепловозах и т.д.The invention relates to the field of engineering and can be used as a power plant in cars, tractors, diesel locomotives, etc.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС) со смежно работающими цилиндрами и искровым зажиганием, содержащий блок цилиндров, цилиндры со свечой зажигания, цилиндры без свечей зажигания, головку блока, устройство топливоподачи, кривошипно-шатунный механизм (КШМ) газораспределительный механизм (ГРМ), цилиндропоршневую группу (ЦПГ), впускной и выпускной коллекторы, картер и маховик, причем камеры сгорания цилиндров со свечами зажигания и камеры сгорания цилиндров без свечей зажигания образуют общие камеры сгорания смежно работающих цилиндров, в которых поршни достигают верхнюю мертвую точку (ВМТ) асинхронно со смещением 180 град. поворота коленчатого вала (п.к.в), впускной коллектор выполнен раздельным, обеспечивающим подачу рабочих тел в смежно работающие цилиндры, выпускной коллектор, осуществляющий выпуск отработавших газов только из второго цилиндра, канал между смежными цилиндрами, обеспечивающий передачу рабочего тела (чистого воздуха) из второго цилиндра в первый, в котором совершается рабочий ход, а затем, при такте выпуска, смешанного рабочего тела (отработавших газов) из первого цилиндра во второй при совершении в нем рабочего хода (пат. США №4159700, МПК F 02 В 75/20).Known internal combustion engine (ICE) with adjacent cylinders and spark ignition, comprising a cylinder block, cylinders with a spark plug, cylinders without spark plugs, a cylinder head, a fuel supply device, a crank mechanism (KShM) gas distribution mechanism (timing), cylinder piston group (CPG), the intake and exhaust manifolds, the crankcase and the flywheel, and the cylinder combustion chambers with spark plugs and the cylinder combustion chamber without spark plugs form common combustion chambers of adjacent qi cylinders in which the pistons reach top dead center (TDC) asynchronously with an offset of 180 degrees. rotation of the crankshaft (c.c.), the intake manifold is separate, providing a supply of working fluid to adjacent working cylinders, an exhaust manifold that exhausts exhaust gases only from the second cylinder, a channel between adjacent cylinders that ensures the transfer of the working fluid (clean air) from the second cylinder to the first, in which the working stroke is made, and then, at the exhaust stroke, the mixed working fluid (exhaust gas) from the first cylinder to the second when the working stroke is made in it (US Pat. No. 4,159,700, IPC F 02 75/20).

Недостатками данного изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

1. Процесс сгорания в первом цилиндре растянут.1. The combustion process in the first cylinder is stretched.

2. Низкие индикаторные и эффективные параметры работы.2. Low indicator and effective operating parameters.

3. Низкая эффективность работы второго цилиндра, т.к. расширение отработавших газов происходит при большом объеме и невысокой температуре, не обеспечивающей дожигание вредных примесей в газах и, как следствие, низкие экологические показатели работы данного ДВС.3. Low efficiency of the second cylinder, because exhaust gas expansion occurs at a large volume and low temperature, which does not provide afterburning of harmful impurities in the gases and, as a result, low environmental performance of this internal combustion engine.

Известна конструкция ДВС, содержащая два смежных цилиндра, в которых поршни достигают ВМТ асинхронно, со смещением 22-30 град. п.к.в. В первый цилиндр подают богатую рабочую смесь (α=0,6...0,7), а во второй - воздух. После воспламенения и сгорания рабочего тела в первом цилиндре из второго цилиндра в первый подают весь чистый воздух, осуществляя вторую стадию сгорания топлива в первом цилиндре. Расширение объединенного рабочего тела производят в обоих смежных цилиндрах, а затем из обоих цилиндров удаляют отработавшие газы (В.М.Кушуль. "Знакомьтесь - двигатель нового типа". Л.: Судостроение, 1966 г., с.120).A known ICE design, containing two adjacent cylinders in which the pistons reach TDC asynchronously, with an offset of 22-30 degrees. p.c. A rich working mixture is fed into the first cylinder (α = 0.6 ... 0.7), and in the second, air. After ignition and combustion of the working fluid in the first cylinder, all clean air is supplied from the second cylinder to the first, performing the second stage of fuel combustion in the first cylinder. The combined working fluid is expanded in both adjacent cylinders, and then the exhaust gases are removed from both cylinders (V. M. Kushul. “Meet the new type of engine.” L .: Sudostroenie, 1966, p. 120).

Недостатками данного ДВС являются:The disadvantages of this engine are:

1. Канал между смежными цилиндрами создает равные давления сгорания газов в этих цилиндрах.1. The channel between adjacent cylinders creates equal combustion pressures of gases in these cylinders.

2. Максимальное давление газов во втором цилиндре создают до ВМТ за 10-15 град. п.к.в., что вызывает чрезвычайно жесткую работу ДВС и его вибрацию.2. The maximum gas pressure in the second cylinder is created to TDC for 10-15 degrees. p.k.v., which causes extremely hard work of the internal combustion engine and its vibration.

3. Низкая надежность и долговечность ДВС.3. Low reliability and durability of the internal combustion engine.

4. Низкий индикаторный коэффициент полезного действия.4. Low indicator efficiency.

5. Отсутствие технической возможности создания во втором цилиндре степени сжатия, близкой к бесконечности.5. The lack of technical feasibility of creating a compression ratio close to infinity in the second cylinder.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является ДВС со смежно работающими цилиндрами и искровым зажиганием, содержащий блок цилиндров, цилиндры со свечой зажигания, цилиндры без свечей зажигания, головку блока, устройство топливоподачи, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, цилиндропоршневую группу, впускной и выпускной коллекторы, картер и маховик, причем камеры сгорания цилиндров без свечей зажигания и камеры сгорания цилиндров со свечами зажигания образуют общие камеры сгорания смежно работающих цилиндров, впускной коллектор выполнен раздельным, обеспечивающим подачу рабочих тел в смежно работающие цилиндры, а коленчатый вал выполнен обеспечивающим асинхронное прохождение верхних мертвых точек поршнями смежно работающих цилиндров, при этом коленчатый вал обеспечивает нахождение поршней смежно работающих цилиндров в положении верхней мертвой точки асинхронно со смещением 10-30 град. поворота коленчатого вала. Двигатель снабжен шатунными шейками, задающими прохождение ВМТ поршнями в рядном четырехцилиндровом двигателе одновременно в цилиндрах со свечами зажигания и со смещением поршнями цилиндров без свечей зажигания. Камера сгорания образована камерами сгорания смежно работающих цилиндров, соединенных каналом. Впускной коллектор смежно работающих цилиндров снабжен карбюратором или инжектором, установленным в тракт обеспечения рабочим телом цилиндра со свечой зажигания и клапаном, установленным в тракт обеспечения рабочим телом цилиндра без свечи зажигания. Все каналы впускного коллектора снабжены карбюраторами и/или инжекторами. Шатун кривошипно-шатунного механизма смежно работающего цилиндра без свечи зажигания выполнен обеспечивающим ход, равный ходу поршня цилиндра со свечой зажигания, с зазором в положении ВМТ между поверхностью камеры сгорания в головке блока и днищем поршня 0,4...1,2 мм. Шатун кривошипно-шатунного механизма цилиндра без свечи зажигания выполнен удлиненным на 7,0...15,0 мм. Радиус кривошипа коленчатого вала кривошипно-шатунного механизма смежно работающего цилиндра без свечи зажигания выполнен увеличенным на 7,0...15,0 мм (положительное решение по заявке №9922944/06 (018654) F 02 B 41/06).Closest to the claimed technical solution is an internal combustion engine with adjacent cylinders and spark ignition, comprising a cylinder block, cylinders with a spark plug, cylinders without spark plugs, a cylinder head, a fuel supply device, a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a piston group, an intake and exhaust cylinder collectors, a crankcase and a flywheel, moreover, the combustion chambers of the cylinders without spark plugs and the combustion chambers of the cylinders with spark plugs form common combustion chambers cylinder, the intake manifold is separate, providing the supply of working fluid to adjacent working cylinders, and the crankshaft is designed to provide asynchronous passage of top dead points by pistons of adjacent cylinders, while the crankshaft ensures that the pistons of adjacent cylinders are in the position of top dead center asynchronously with offset 10-30 degrees. crankshaft rotation. The engine is equipped with connecting rod necks, which determine the passage of the TDC pistons in an in-line four-cylinder engine simultaneously in cylinders with spark plugs and with displacement of the cylinder pistons without spark plugs. The combustion chamber is formed by combustion chambers of adjacent cylinders connected by a channel. The intake manifold of adjacent working cylinders is equipped with a carburetor or injector installed in the path for providing the working fluid of the cylinder with the spark plug and a valve installed in the path for supplying the working fluid of the cylinder without the spark plug. All channels of the intake manifold are equipped with carburetors and / or injectors. The connecting rod of the crank mechanism of an adjacent working cylinder without a spark plug is made providing a stroke equal to the stroke of the cylinder piston with the spark plug, with a clearance in the TDC position between the surface of the combustion chamber in the head of the block and the piston bottom of 0.4 ... 1.2 mm. The connecting rod of the crank mechanism of the cylinder without a spark plug is made elongated by 7.0 ... 15.0 mm. The radius of the crank of the crankshaft of the crank mechanism of an adjacent cylinder without a spark plug is increased by 7.0 ... 15.0 mm (positive decision on application No. 9922944/06 (018654) F 02 B 41/06).

1. Наличие общей камеры сгорания в смежных цилиндрах и большой объем перетекания рабочих тел из цилиндра в цилиндр вызывает потери индикаторного коэффициента полезного действия (к.п.д.).1. The presence of a common combustion chamber in adjacent cylinders and a large amount of flow of working fluids from cylinder to cylinder causes a loss of the indicator of efficiency (efficiency).

2. Отсутствие свечи зажигания во втором цилиндре затягивает процесс сгорания и расширения рабочего тела.2. The absence of a spark plug in the second cylinder delays the process of combustion and expansion of the working fluid.

3. Увеличивается тепловая напряженность второго цилиндра.3. The thermal intensity of the second cylinder increases.

4. Высокая жесткость процесса сгорания во втором цилиндре.4. High rigidity of the combustion process in the second cylinder.

5. На малых и средних нагрузках повышенный расход топлива и неустойчивая работа двигателя.5. At small and medium loads, increased fuel consumption and unstable engine operation.

Задача изобретения - повышение мощностных и экономических показателей, снижение тепловой напряженности и жесткости работы двигателя при устойчивой его работе на всех нагрузочных и скоростных режимах.The objective of the invention is to increase the power and economic indicators, reducing thermal tension and rigidity of the engine with its stable operation at all load and speed modes.

Поставленная задача решается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания с сообщающимися цилиндрами, содержащем блок цилиндров со свечами зажигания, головку блока цилиндров, устройство топливоподачи, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, цилиндропоршневую группу, впускной и выпускной коллекторы, картер и маховик, коленчатый вал, выполненный обеспечивающим асинхронное прохождение верхних мертвых точек поршнями сообщающихся цилиндров, камеры сгорания сообщающихся цилиндров соединены каналом, при этом этот канал выполнен в виде дросселя с регулируемой площадью проходного сечения, кулачки распределительного вала установлены с возможностью взаимодействия с клапанами сообщающихся цилиндров на одновременное открытие впускных клапанов первого и второго цилиндров относительно верхней мертвой точки первого цилиндра и их одновременное закрытие относительно нижней мертвой точки (НМТ) второго цилиндра и одновременное закрытие выпускных клапанов первого и второго цилиндров относительно верхней мертвой точки второго цилиндра и одновременное открытие выпускных клапанов относительно нижней мертвой точки первого цилиндра, причем коленчатый вал выполнен с попарно расположенными коленами со смещением их относительно друг друга на 3-10 град. поворота коленчатого вала, а угол между парами колен равен 360°/п, где п - количество пар колен. Второй цилиндр ДВС снабжен форсункой высокого давления.The problem is solved due to the fact that in an internal combustion engine with communicating cylinders containing a cylinder block with spark plugs, a cylinder head, a fuel supply device, a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a piston group, intake and exhaust manifolds, crankcase and flywheel, a crankshaft made asynchronous passage of the top dead center by the pistons of the communicating cylinders, the combustion chambers of the communicating cylinders are connected by a channel, while This channel is made in the form of a throttle with an adjustable passage area, the camshaft cams are installed with the possibility of interacting with valves of communicating cylinders to simultaneously open the intake valves of the first and second cylinders relative to the top dead center of the first cylinder and their simultaneous closing relative to the bottom dead center (BDC) of the second cylinder and simultaneously closing the exhaust valves of the first and second cylinders relative to the top dead center of the second cylinder and simultaneously th opening of the exhaust valves with respect to the bottom dead center of the first cylinder, the crankshaft is arranged in pairs spaced bends offset relative to each other by 3-10 degrees. rotation of the crankshaft, and the angle between the pairs of knees is 360 ° / p, where n is the number of pairs of knees. The second cylinder of the engine is equipped with a high-pressure nozzle.

Новые существенные признаки:New significant features:

1. Канал, соединяющий два сообщающихся цилиндра, выполнен в виде дросселя с регулируемой площадью проходного сечения.1. The channel connecting the two communicating cylinders is made in the form of a throttle with an adjustable passage area.

2. Кулачки распределительного вала установлены с возможностью взаимодействия с клапанами сообщающихся цилиндров на одновременное открытие впускных клапанов первого и второго цилиндров относительно верхней мертвой точки первого цилиндра.2. Cams of a camshaft are installed with a possibility of interaction with valves of the connecting cylinders for simultaneous opening of inlet valves of the first and second cylinders concerning the top dead center of the first cylinder.

3. Одновременное закрытие впускных клапанов первого и второго цилиндров относительно нижней мертвой точки второго цилиндра.3. Simultaneous closure of the intake valves of the first and second cylinders relative to the bottom dead center of the second cylinder.

4. Одновременное закрытие выпускных клапанов первого и второго цилиндров относительно верхней мертвой точки второго цилиндра.4. Simultaneous closure of the exhaust valves of the first and second cylinders relative to the top dead center of the second cylinder.

5. Одновременное открытие выпускных клапанов первого и второго цилиндров относительно нижней мертвой точки первого цилиндра.5. Simultaneous opening of exhaust valves of the first and second cylinders relative to the bottom dead center of the first cylinder.

6. Коленчатый вал выполнен с попарно расположенными коленами со смещением их относительно друг друга на 3-10 град. поворота коленчатого вала.6. The crankshaft is made with pairwise located elbows with their displacement relative to each other by 3-10 degrees. crankshaft rotation.

7. Угол между парами колен равен 360°/п, где п - количество пар колен.7. The angle between the pairs of knees is 360 ° / p, where n is the number of pairs of knees.

8. Второй цилиндр снабжен форсункой высокого давления.8. The second cylinder is equipped with a high-pressure nozzle.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получать технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.The listed new essential features in combination with the known ones allow to obtain a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Данное изобретение позволяет получить технический результат.This invention allows to obtain a technical result.

Выполнение канала, соединяющего два сообщающихся цилиндра в виде дросселя с регулируемой площадью проходного сечения, позволяет регулировать объем перетекаемого рабочего тела из первого цилиндра во второй и обратно во время такта сжатия и периодов сгорания до выравнивания давлений в первом и втором сообщающихся цилиндрах. В первом и втором цилиндрах снижается максимальное давление сгорания, скорость нарастания давления и жесткость рабочего процесса, что, в свою очередь, снижает максимальную температуру газов и тепловую напряженность деталей, образующих камеру сгорания, и повышает их долговечность.The implementation of the channel connecting the two communicating cylinders in the form of a throttle with an adjustable flow area allows you to adjust the volume of the flowing working fluid from the first cylinder to the second and vice versa during the compression stroke and combustion periods until the pressures in the first and second communicating cylinders are equalized. In the first and second cylinders, the maximum combustion pressure, the rate of increase in pressure and the rigidity of the working process are reduced, which, in turn, reduces the maximum temperature of the gases and thermal stress of the parts forming the combustion chamber, and increases their durability.

Снижение максимального давления в первом цилиндре позволяет также увеличивать в нем конструктивную степень сжатия (до ε=9-13) и использовать низкооктановое топливо без угрозы детонации сгорания, что, в свою очередь, повысит индикаторный КПД, а за счет снижения механических потерь и эффективный КПД. Перетекание в форме направленной струи с высокой скоростью рабочего тела из второго цилиндра в первый обеспечит полное догорание топлива в первом цилиндре за счет направленного турбулизированного потока горящего тела и избытка кислорода в части, поступившей из второго цилиндра, что снизит до минимума содержание в отработавших газах СО и СН. Снижение максимальных температур сгорания топлива снижает содержание окислов азота в отработавших газах первого цилиндра.Reducing the maximum pressure in the first cylinder also allows it to increase the structural compression ratio (up to ε = 9-13) and use low-octane fuel without the threat of combustion detonation, which, in turn, will increase the indicator efficiency, and by reducing mechanical losses and effective efficiency . The flow in the form of a directed jet with a high speed of the working fluid from the second cylinder to the first will ensure complete combustion of fuel in the first cylinder due to the directed turbulent flow of the burning body and excess oxygen in the part coming from the second cylinder, which will minimize the content of CO and exhaust gases CH Lowering the maximum combustion temperature of the fuel reduces the content of nitrogen oxides in the exhaust gases of the first cylinder.

Снижение максимального давления во втором цилиндре позволяет еще больше увеличить в нем конструктивную степень сжатия (до ε=10-15) и использовать низкооктановое топливо, поскольку перетекание рабочих тел из второго цилиндра в первый ограничивается только условием равенства в них давлений отработавших газов, что повысит индикаторный и эффективный КПД.Reducing the maximum pressure in the second cylinder allows you to further increase the structural compression ratio (up to ε = 10-15) and use low-octane fuel, since the flow of working fluids from the second cylinder to the first is limited only by the condition that the exhaust gas pressures are equal in them, which will increase the indicator and effective efficiency.

Перетекание в форме направленной струи с высокой скоростью части рабочего тела из первого цилиндра во второй в зону свечи зажигания и образование турбулентного потока топливовоздушной смеси во втором цилиндре позволяет использовать в качестве рабочего тела бедные или сверхбедные топливовоздушные смеси, что позволит свести к минимуму образование СО, СН, а снижение температур сгорания - свести к минимуму образования окислов азота во втором цилиндре.The flowing in the form of a directed jet with a high speed of a part of the working fluid from the first cylinder to the second into the zone of the spark plug and the formation of a turbulent flow of the air-fuel mixture in the second cylinder allows the use of lean or super-poor air-fuel mixtures as a working medium, which will minimize the formation of CO, CH and a decrease in combustion temperatures is to minimize the formation of nitrogen oxides in the second cylinder.

Если рабочее тело во втором цилиндре не воспламенилось от свечи зажигания, то перетекание рабочего тела из первого цилиндра будет продолжаться до поступления во второй цилиндр горящего факела, который и воспламенит рабочее тело во втором цилиндре, что позволит использовать в качестве рабочего тела во втором цилиндре тяжелые топлива, топлива или смеси с малой скоростью сгорания, для чего второй цилиндр может быть снабжен форсункой высокого давления.If the working fluid in the second cylinder is not ignited by the spark plug, the flow of the working fluid from the first cylinder will continue until a burning torch enters the second cylinder, which ignites the working fluid in the second cylinder, which will allow the use of heavy fuels as the working fluid in the second cylinder fuel or mixture with a low combustion rate, for which the second cylinder can be equipped with a high-pressure nozzle.

Продолжительность перетекания рабочих тел из одного цилиндра в другой и обратно может регулироваться за счет асинхронного смещения реализуемых тактов рабочего процесса в сообщающихся цилиндрах и площадью проходного сечения дросселя.The duration of the flow of working fluid from one cylinder to another and vice versa can be adjusted due to the asynchronous displacement of the realized cycles of the working process in communicating cylinders and the area of the orifice of the throttle.

Организация процессов сгорания рабочего тела в сообщающихся цилиндрах стала управляемой путем поджига рабочих смесей свечами зажигания в обоих цилиндрах в необходимые моменты по углу поворота коленчатого вала. Оба сообщающихся цилиндра обеспечивают равнозначное получение полезной работы при сгорании и расширении рабочих тел в двигателе на тактах "рабочий ход".The organization of the processes of combustion of the working fluid in interconnected cylinders became controlled by the ignition of the working mixtures with spark plugs in both cylinders at the necessary moments along the angle of rotation of the crankshaft. Both communicating cylinders provide the equivalent of obtaining useful work during the combustion and expansion of the working fluid in the engine at "stroke" strokes.

Распределительный вал снабжен кулачками, задающими в соответствии с тактами рабочего цикла в сообщающихся цилиндрах одновременное открытие и закрытие впускных клапанов соответственно относительно верхней мертвой точки первого цилиндра (BMT-1) и нижней мертвой точки второго цилиндра (HMT-2) и одновременное закрытие и открытие выпускных клапанов соответственно ВМТ-2 и HMT-1, что позволяет выравнять давление в сообщающихся цилиндрах и препятствует перетеканию газов в момент наполнения цилиндров рабочими телами и улучшает их наполнение.The camshaft is equipped with cams, which, in accordance with the duty cycles in the communicating cylinders, specify the simultaneous opening and closing of the intake valves relative to the top dead center of the first cylinder (BMT-1) and the bottom dead center of the second cylinder (HMT-2), and simultaneously closing and opening the exhaust valves BMT-2 and HMT-1, respectively, which allows you to equalize the pressure in the communicating cylinders and prevents the flow of gases at the time of filling the cylinders with working fluids and improves their filling.

Для увеличения прочности увеличивают диаметр коренных шеек вала. Для сглаживания неравномерности крутящего момента увеличивают массу маховика.To increase strength, increase the diameter of the main journals of the shaft. To smooth out uneven torque increase the mass of the flywheel.

На фиг.1 - схематично изображен четырехтактный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания в разрезе.Figure 1 - schematically depicts a four-stroke four-cylinder internal combustion engine in section.

Фиг.2 - схематично изображен дроссель в головке цилиндра.Figure 2 - schematically shows the throttle in the cylinder head.

Фиг.3 - схема расположения кривошипов, обеспечивающих асинхронную работу со смещением на φ=3-10 град. п.к.в., и поршней в сообщающихся цилиндрах относительно а) ВМТ одной пары и б) НМТ другой пары кривошипов в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.Figure 3 - arrangement of cranks for asynchronous operation with an offset of φ = 3-10 degrees. p.c.v., and pistons in communicating cylinders relative to a) TDC of one pair and b) BDC of another pair of cranks in a four-stroke four-cylinder internal combustion engine.

Двигатель внутреннего сгорания с сообщающимися цилиндрами состоит из блока цилиндров 1 с установленным в нем подвижно с увеличенным диаметром коренных шеек коленчатым валом 2 КШМ, который приводит в возвратно-поступательное движение шатун 3 КШМ. Коленчатый вал 2 выполнен с попарно расположенными коленами со смещением их относительно друг друга на φ=3-10 градусов поворота коленчатого вала. У многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания попарное расположение колен осуществляется через угол, равный 360°/п, где п - количество пар колен или количество пар сообщающихся цилиндров. На блоке цилиндров неподвижно установлена головка блока цилиндров 4, где размещен на опорах распределительный вал 5, приводимый во вращательное движение приводом 6. Kyлaчки распределительного вала 5 установлены с возможностью взаимодействия с клапанами сообщающихся цилиндров на одновременное открывание впускных клапанов 8 первого 9 и второго 10 цилиндров относительно ВМТ первого цилиндра 9 и их одновременное закрытие относительно НМТ второго цилиндра 10 и одновременное закрытие выпускных клапанов первого 9 и второго 10 цилиндров относительно ВМТ второго цилиндра 10 и одновременное открытие выпускных клапанов 2 относительно НМТ первого цилиндра 9.An internal combustion engine with communicating cylinders consists of a cylinder block 1 with a crankshaft 2 of a crankshaft movably mounted with an increased diameter of the main necks, which drives a crank shaft 3 of the crankshaft in reciprocating motion. The crankshaft 2 is made with pairwise located elbows with their offset relative to each other by φ = 3-10 degrees of rotation of the crankshaft. In multi-cylinder internal combustion engines, the pairwise arrangement of the elbows is through an angle equal to 360 ° / n, where n is the number of elbow pairs or the number of pairs of communicating cylinders. The cylinder head 4 is fixedly mounted on the cylinder block, where the camshaft 5, which is rotationally driven by the actuator 6, is mounted on the bearings. The camshaft cam 5 is mounted to interact with the valves of the communicating cylinders to simultaneously open the intake valves 8 of the first 9 and second 10 cylinders relative to TDC of the first cylinder 9 and their simultaneous closure relative to the BDC of the second cylinder 10 and simultaneous closure of the exhaust valves of the first 9 and second 10 cylinders TDC of the second cylinder 10 and simultaneous opening of two exhaust valves of the first cylinder relatively HMT 9.

Головка блока цилиндров 4 снабжена впускными 12 и выпускными 13 коллекторами. На входе впускного коллектора 12 установлены заслонка 14 и карбюратор (или инжектор) 15. В камерах сжатия 16 расположены свечи зажигания 17. В сообщающихся цилиндрах 9 и 10 находятся поршни 18 и 19 соответственно. ДВС снабжен масляным картером 20 и маховиком увеличенной массы 21. Коленчатый вал 2 кривошипами 22 и 23 в сообщающихся цилиндрах 9 и 10 соответственно обеспечивает положение поршней 18 и 19 относительно BMT-1 и ВМТ-2. Угол φ=3-10 град. п.к.в. между кривошипами 22 и 23 обеспечивает асинхронное прохождение поршнями 18 и 19 ВМТ-1 и BMT-2. При использовании тяжелого топлива (дизельное топливо) во втором цилиндре 10 вместо свечи зажигания 17 установлена форсунка высокого давления, при этом впускной коллектор выполнен раздельным. В первый цилиндр 9 подается бензовоздушная смесь по пути: заслонка 14, карбюратор 15 в цилиндр 9. А в другой впускной коллектор (на чертеже не показан) подают частый воздух, проходящей через заслонку 14, а тяжелое топливо подают через форсунку высокого давления (на чертеже не показана) во второй цилиндр 10. В головке цилиндра 4 между камерами сжатия 16 сообщающихся цилиндров 9 и 10 установлен дроссель 24 с возможностью регулирования площади проходного сечения, например, при помощи регулируемой заслонки (на чертеже не показана).The cylinder head 4 is equipped with inlet 12 and outlet 13 manifolds. At the inlet of the intake manifold 12, a shutter 14 and a carburetor (or injector) 15 are installed. In the compression chambers 16, spark plugs 17 are located. In the communicating cylinders 9 and 10 there are pistons 18 and 19, respectively. The ICE is equipped with an oil sump 20 and a flywheel of increased mass 21. The crankshaft 2 with cranks 22 and 23 in the communicating cylinders 9 and 10 respectively ensures the position of the pistons 18 and 19 relative to BMT-1 and BMT-2. Angle φ = 3-10 degrees. p.c. between cranks 22 and 23 provides asynchronous passage of pistons 18 and 19 of BMT-1 and BMT-2. When using heavy fuel (diesel fuel) in the second cylinder 10, instead of the spark plug 17, a high-pressure nozzle is installed, while the intake manifold is separate. The gasoline mixture is fed into the first cylinder 9 along the way: the shutter 14, the carburetor 15 into the cylinder 9. And to the other intake manifold (not shown), frequent air passes through the shutter 14, and heavy fuel is fed through the high-pressure nozzle (in the drawing not shown) in the second cylinder 10. In the cylinder head 4, between the compression chambers 16 of the communicating cylinders 9 and 10, a throttle 24 is installed with the possibility of controlling the area of the bore, for example, using an adjustable damper (not shown in the drawing).

Работа ДВС с сообщающимися цилиндрами. Рассмотрим вариант, когда первый 9 и второй 10 цилиндры снабжены свечами зажигания 17. При движении поршней 18 и 19 вниз на такте всасывания через заслонку 14 и карбюратор 15, установленные во впускном коллекторе 12 сообщающихся цилиндров 9 и 10, при открытии впускных клапанов 8 подают рабочее тела (бензовоздушную смесь). На такте сжатия при движении поршней 18 и 19 вверх в цилиндрах 9 и 10 сжимают рабочие тела. При подходе поршня 18 к BMT-1 на свече зажигания 17 проскакивает искра и рабочее тело первого цилиндра 9 воспламеняется. Во втором сообщающемся цилиндре 10 рабочее тело находится в сжатом состоянии. Из-за наличия асимметрии в работе поршней на φ=3-10 град. п.к.в. образуется перепад давлений между цилиндрами 9 и 10, что приводит к перетеканию части рабочего тела (обусловленного площадью поперечного сечения дросселя) из цилиндра 9 в цилиндр 10 через соединяющий их дроссель 24. При сгорании рабочего тела первого цилиндра 9 резко возрастает давление в цилиндре 9 и увеличивается интенсивность перетекания. Затем происходит воспламенение рабочего тела во втором цилиндре 10 и увеличение в нем давления газов. При движении поршней 18 и 19 вниз совершается рабочей ход. Давление в цилиндрах 9 и 10 выравнивается и перетекание рабочего тела прекращается из первого цилиндра 9 во второй цилиндр 10.ICE operation with communicating cylinders. Consider the option when the first 9 and second 10 cylinders are equipped with spark plugs 17. When the pistons 18 and 19 move downward at the suction stroke through the shutter 14 and the carburetor 15 installed in the intake manifold 12 of the connecting cylinders 9 and 10, when the intake valves 8 are opened, a working body (gas mixture). On the compression stroke with the movement of the pistons 18 and 19 upward in the cylinders 9 and 10 compress the working fluid. When the piston 18 approaches the BMT-1, a spark jumps on the spark plug 17 and the working fluid of the first cylinder 9 ignites. In the second communicating cylinder 10, the working fluid is in a compressed state. Due to the presence of asymmetry in the operation of the pistons at φ = 3-10 degrees. p.c. a pressure differential is formed between the cylinders 9 and 10, which leads to the flow of part of the working fluid (due to the cross-sectional area of the throttle) from the cylinder 9 to the cylinder 10 through the throttle connecting them 24. When the working fluid of the first cylinder 9 is burned, the pressure in the cylinder 9 increases sharply and increases overflow intensity. Then there is the ignition of the working fluid in the second cylinder 10 and an increase in gas pressure in it. When the pistons 18 and 19 move downward, a working stroke is made. The pressure in the cylinders 9 and 10 is equalized and the flow of the working fluid stops from the first cylinder 9 into the second cylinder 10.

При дальнейшем повороте коленчатого вала 2 давление во втором цилиндре 10 превысит давление газов в первом цилиндре 9 и часть рабочего тела из второго цилиндра 10 будет перетекать в первый цилиндр 9. Перетекание будет происходить на всем такте рабочего хода при движении поршней 18 и 19 вниз к НМТ до выравнивания давлений. При движении поршней 18 и 19 вверх в сообщающихся цилиндрах 9 и 10 совершаются такты выпуска отработавших газов через выпускной коллектор 13.With a further rotation of the crankshaft 2, the pressure in the second cylinder 10 will exceed the gas pressure in the first cylinder 9 and part of the working fluid from the second cylinder 10 will flow into the first cylinder 9. The flow will occur throughout the entire stroke of the stroke when the pistons 18 and 19 move down to the BDC before pressure equalization. When the pistons 18 and 19 move upward in the communicating cylinders 9 and 10, exhaust cycles are made through the exhaust manifold 13.

На такте всасывания рабочих тел в сообщающихся цилиндрах 9 и 10 распределительный вал 5 своими кулачками 7 одновременно открывает впускные клапаны 8 первого и второго цилиндров 9 и 10 и одновременно закрывает выпускные клапаны 2 первого и второго цилиндров 9 и 10 относительно BMT-1. По завершению такта всасывания в сообщающихся цилиндрах 9 и 10 впускные клапаны 8 закрываются относительно НМТ-2. Совершаются такты сжатия и рабочего хода при закрытых клапанах 8 и 11. По завершении тактов "рабочий ход" в сообщающихся цилиндрах кулачки 7 распределительного вала 5 одновременно открывают выпускные клапаны 2 относительно HMT-1 и происходит удаление отработавших газов на такте выпуска при движении поршней 18 и 19 вверх. Затем процесс повторяется.At the suction stroke of the working fluid in the connecting cylinders 9 and 10, the camshaft 5 with its cams 7 simultaneously opens the intake valves 8 of the first and second cylinders 9 and 10 and simultaneously closes the exhaust valves 2 of the first and second cylinders 9 and 10 relative to BMT-1. At the end of the suction stroke in communicating cylinders 9 and 10, the intake valves 8 are closed relative to the BDC-2. Compression and working strokes are performed with the valves 8 and 11 closed. At the end of the “working stroke” cycles in the connecting cylinders, the cams 7 of the camshaft 5 simultaneously open the exhaust valves 2 relative to the HMT-1 and the exhaust gases are removed at the exhaust stroke when the pistons 18 and 19 up. Then the process is repeated.

При установке во второй цилиндр 10 форсунки высокого давления используют тяжелое топливо (дизельное топливо). При этом рабочее тело в первом цилиндре 9 воспламеняется от свечи зажигания 17, а рабочее тело второго цилиндра 10 самовоспламеняется или поджигается частью рабочего тела, поступившего из первого цилиндра 9 через дроссель 24 в виде факела. Остальная работа аналогична.When installed in the second cylinder 10, the high-pressure nozzles use heavy fuel oil (diesel fuel). In this case, the working fluid in the first cylinder 9 is ignited by the spark plug 17, and the working fluid of the second cylinder 10 is self-igniting or ignited by a part of the working fluid coming from the first cylinder 9 through the throttle 24 in the form of a torch. The rest of the work is similar.

Claims

1. An internal combustion engine with communicating cylinders, comprising a cylinder block with spark plugs, a cylinder head, a fuel supply device, a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a piston group, an intake and exhaust manifold, a crankcase and a flywheel, a crankshaft configured to provide asynchronous passage top dead centers by the pistons of the communicating cylinders, and the combustion chambers of the communicating cylinders are connected by a channel, characterized in that the channel connecting the two communicating the cylinder, made in the form of a throttle with an adjustable flow area, the camshaft cams are installed with the possibility of interaction with the valves of the communicating cylinders to simultaneously open the intake valves of the first and second cylinders relative to the top dead center of the first cylinder and their simultaneous closure relative to the bottom dead center of the second cylinder and simultaneously closing the exhaust valves of the first and second cylinders relative to the top dead center of the second cylinder and simultaneously the opening of the exhaust valves relative to the bottom dead center of the first cylinder, the crankshaft being made in pairs with elbows arranged offset from each other by 3 ÷ 10 ° of rotation of the crankshaft, and the angle between the pairs of elbows is 360 ° / p, where n is the number of pairs knees.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the second cylinder is equipped with a high-pressure nozzle.