RU2293192C2

RU2293192C2 - Internal combustion engine with rotating piston

Info

Publication number: RU2293192C2
Application number: RU2005111034/06A
Authority: RU
Inventors: ц Юрий Александрович За (RU); Юрий Александрович Заяц; Дмитрий Николаевич Чудников (RU); Дмитрий Николаевич Чудников; Сергей Валерьевич Полиненко (RU); Сергей Валерьевич Полиненко
Original assignee: Рязанский военный автомобильный институт им. ген. армии В.П. Дубынина
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2007-02-10
Also published as: RU2005111034A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compression ignition engines; diesel engines.

SUBSTANCE: according to invention, proposed internal combustion engine transforms reciprocation of piston into rotation of crankshaft by spatial crank-and-connecting rod mechanism in which axis of rotation of crank is parallel to axis of engine cylinder. Piston is made sectional so that rotation of crank provides rotation of upper part of piston around its axis. Compression and oil control rings are fitted in lower part of piston, and screw grooves are made in upper part, being connected by channel with inner space of piston. In bottom dead center, inner space of piston communicates with air supply channel made in cylinder wall. Screw grooves provide possibility of air delivery from inner space of piston through screw grooves along cylinder wall into combustion chamber.

EFFECT: improved efficiency of working process, increased cycle temperature and power characteristics of diesel engine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности может использоваться на двигателях с воспламенением от сжатия.The invention relates to the field of engine engineering, in particular, it can be used on compression ignition engines.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и преобразованием возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. / Д.Н.Вырубов, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др.; Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. - М.: Маш-е, 1983. - 372 с.). Одной из основных проблем является повышение энергетических показателей дизелей за счет их форсирования по рабочему процессу, т.е. увеличение давления газов, температуры в цилиндре двигателя. Повышение температуры без специальных мероприятий приводит к повышению тепловой напряженности деталей, снижению ресурса и увеличению потерь тепла в систему охлаждения. Поэтому необходимо техническое решение, направленное на повышение эффективности рабочего процесса, снижение тепловой напряженности деталей цилиндро-поршневой группы.The closest technical solution chosen as a prototype is a reciprocating internal combustion engine with compression ignition and converting the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the crankshaft (Internal combustion engines: Theory of piston and combined engines. / D.N. Vyrubov, N. A. Ivashchenko, V.I. Ivin and others; Edited by A.S. Orlin, M.G. Kruglov. - M.: Mash-e, 1983.- 372 p.). One of the main problems is to increase the energy performance of diesel engines due to their acceleration in the working process, i.e. increase in gas pressure, temperature in the engine cylinder. An increase in temperature without special measures leads to an increase in the thermal tension of parts, a decrease in the resource, and an increase in heat loss to the cooling system. Therefore, a technical solution is needed aimed at increasing the efficiency of the working process, reducing the thermal tension of the parts of the cylinder-piston group.

Технический результат направлен на повышение эффективности рабочего процесса двигателя, повышение температуры цикла и энергетических показателей дизеля.The technical result is aimed at increasing the efficiency of the engine workflow, increasing the temperature of the cycle and energy indicators of the diesel engine.

Технический результат достигается тем, что поршневой двигатель внутреннего сгорания с преобразованием возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, содержащий кривошипно-шатунный механизм, цилиндро-поршневую группу, при этом кривошипно-шатунный механизм выполнен пространственным и ось вращения кривошипа параллельна оси цилиндра двигателя, так, что вращение кривошипа обеспечивает вращение верхней части поршня вокруг своей оси, при этом поршень выполнен составным, в нижней его части имеются компрессионные и маслосъемные кольца, а в верхней части выполнены винтовые канавки, соединенные каналом с внутренней полостью поршня, которая в нижней мертвой точке соединяется с каналом подвода воздуха в стенке цилиндра, что обеспечивает возможность нагнетания воздуха из полости поршня винтовыми канавками вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания; шатун посредством шарниров равных угловых скоростей соединен в верхней части с поршнем, а в нижней с сателлитом планетарного редуктора.The technical result is achieved by the fact that the piston internal combustion engine with the conversion of the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the crankshaft containing a crank mechanism, a cylinder-piston group, while the crank mechanism is made spatial and the rotation axis of the crank is parallel to the axis of the engine cylinder , so that the rotation of the crank provides rotation of the upper part of the piston around its axis, while the piston is made integral, in its lower part there are press and oil scraper rings, and in the upper part there are screw grooves connected by a channel to the internal piston cavity, which at the bottom dead point is connected to the air supply channel in the cylinder wall, which makes it possible to pump air from the piston cavity with screw grooves along the cylinder wall into the combustion chamber ; the connecting rod through the joints of equal angular velocities is connected in the upper part to the piston, and in the lower part to the planetary gear satellite.

Отличительными признаками от прототипа является то, что кривошипно-шатунный механизм выполнен пространственным и ось вращения кривошипа параллельна оси цилиндра двигателя, так, что вращение кривошипа обеспечивает вращение верхней части поршня вокруг своей оси, при этом поршень выполнен составным, в нижней его части имеются компрессионные и маслосъемные кольца, а в верхней части выполнены винтовые канавки, соединенные каналом с внутренней полостью поршня, которая в нижней мертвой точке соединяется с каналом подвода воздуха в стенке цилиндра, что обеспечивает возможность нагнетания воздуха из полости поршня винтовыми канавками вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания; шатун посредством шарниров равных угловых скоростей соединен в верхней части с поршнем, а в нижней с сателлитом планетарного редуктора.Distinctive features of the prototype is that the crank mechanism is made spatial and the axis of rotation of the crank is parallel to the axis of the cylinder of the engine, so that the rotation of the crank ensures the rotation of the upper part of the piston around its axis, while the piston is made integral, in its lower part there are compression and oil scraper rings, and in the upper part there are made helical grooves connected by a channel to the internal piston cavity, which at the bottom dead point is connected to the air supply channel in the qi wall Indra that allows air to discharge from the cavity of the piston screw grooves along the cylinder wall in a combustion chamber; the connecting rod through the joints of equal angular velocities is connected in the upper part to the piston, and in the lower part to the planetary gear satellite.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что за счет применения вращающегося поршня с нагнетанием воздуха вдоль стенки цилиндра в камеру сгорания можно значительно повысить температуру рабочего процесса без увеличения теплоотдачи в стенки цилиндра, тем самым увеличивая энергетические показатели дизеля.A comparative analysis of the proposed technical solution and selected as a prototype shows that through the use of a rotating piston with injection of air along the cylinder wall into the combustion chamber, the temperature of the working process can be significantly increased without increasing heat transfer to the cylinder walls, thereby increasing the energy performance of the diesel engine.

На чертеже изображена схема двигателя внутреннего сгорания с вращающимся поршнем.The drawing shows a diagram of an internal combustion engine with a rotating piston.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем состоит из пространственного кривошипно-шатунного механизма с шатуном 11, который сферическими шарнирами 10 соединен с сателлитами 13 планетарного редуктора, содержащего эпициклическое колесо 14 и солнечную шестерню 12. В верхней части шатун 11 посредством сферического шарнира 10 соединен с подвижной верхней частью поршня 5, которая имеет возможность вращения относительно неподвижной нижней части поршня 2 на подшипниках качения 9. В нижней части поршня установлены компрессионные и маслосъемные кольца 8. В верхней части поршня 5 на цилиндрической поверхности имеются винтовые каналы 4, которые посредством канала в поршне 1 соединены с внутренней полостью 6, а сама полость 6 в нижней мертвой точке посредством канала в поршне 1 соединяется с каналом подвода воздуха 7.An internal combustion engine with a rotating piston consists of a spatial crank mechanism with a connecting rod 11, which is connected by spherical joints 10 to the planetary gear satellites 13, comprising an epicyclic wheel 14 and a sun gear 12. In the upper part, the connecting rod 11 is connected to the movable top by means of a spherical hinge 10 part of the piston 5, which has the ability to rotate relative to the stationary lower part of the piston 2 on the rolling bearings 9. In the lower part of the piston are installed compression and oil removable rings 8. In the upper part of the piston 5 on the cylindrical surface there are screw channels 4, which are connected through the channel in the piston 1 to the internal cavity 6, and the cavity 6 itself at the bottom dead center is connected to the air supply channel 7 through the channel in the piston 1.

Двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем работает следующим образом.An internal combustion engine with a rotating piston operates as follows.

При работе двигателя шатун 11 совершает пространственное движение. Соединение шатуна в нижней части с центром сателлита планетарного редуктора посредством шарнира равных угловых скоростей обеспечивает возможность вращения шатуна вокруг своей оси. Солнечная шестерня 12 неподвижна, а крутящий момент снимается с эпициклического колеса 14. Вращение шатуна 11 обеспечивает вращение верхней части поршня 5. В нижней мертвой точке во внутреннюю полость поршня 6 через канал в поршне 1 и канал подвода воздуха 7 от внешнего источника подается сжатый воздух. При движении поршня вверх воздух под действием винтовых каналов 4 из полости 6 через канал в поршне 1 попадает в камеру сгорания, охлаждая верхнюю часть поршня, стенки цилиндра, и затем участвует в сгорании. Винтовые каналы 4 выполняют роль лабиринтных уплотнений как на такте сжатия, так и на такте расширения. Вращение верхней части поршня 5 относительно нижней части поршня 2 осуществляется на подшипниках 9. Окончательное уплотнение и предотвращение попадания масла в камеру сгорания происходит компрессионными и маслосъемными кольцами 8.When the engine is connected, the connecting rod 11 makes a spatial movement. The connection of the connecting rod in the lower part with the center of the satellite of the planetary gearbox by means of a constant velocity joint allows the connecting rod to rotate around its axis. The sun gear 12 is stationary, and the torque is removed from the epicyclic wheel 14. The rotation of the connecting rod 11 provides rotation of the upper part of the piston 5. At the bottom dead center, compressed air is supplied to the internal cavity of the piston 6 through the channel in the piston 1 and the air supply channel 7 from an external source. When the piston moves upward, the air under the action of the screw channels 4 from the cavity 6 passes through the channel in the piston 1 into the combustion chamber, cooling the upper part of the piston, cylinder walls, and then participates in combustion. Screw channels 4 act as labyrinth seals both on the compression stroke and on the expansion stroke. The rotation of the upper part of the piston 5 relative to the lower part of the piston 2 is carried out on the bearings 9. The final sealing and preventing the ingress of oil into the combustion chamber occurs by compression and oil scraper rings 8.

Claims

A piston internal combustion engine with the conversion of the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the crankshaft containing a crank mechanism, a piston-cylinder group, characterized in that the crank mechanism is spatial and the axis of rotation of the crank is parallel to the axis of the engine cylinder so that the rotation of the crank provides rotation of the upper part of the piston around its axis, while the piston is made integral, in its lower part there are compression and oil scraper ca, and in the upper parts are made helical grooves connected by a channel with an internal cavity of the piston, which is at the bottom dead center is connected with the air supply channel in the cylinder wall that allows air to discharge from the cavity of the piston screw grooves along the cylinder wall in a combustion chamber; the connecting rod through the joints of equal angular velocities is connected in the upper part to the piston, and in the lower part to the planetary gear satellite.