RU2509901C2

RU2509901C2 - Method of ice cylinder supercharging and device to this end

Info

Publication number: RU2509901C2
Application number: RU2011138666/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Андреевич Гребнев
Original assignee: Юрий Андреевич Гребнев
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2011138666A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed method comprises sucking atmospheric air via air duct in under-piston space at ICE compression stroke and shutting it off automatically at the start of working stroke. As pressure in said under-piston space is higher than that inside the piston the air is bypassed in said chamber unless the termination of working stroke. At the start of exhaust stroke, second portion of air is sucked in under-piston space. Chamber with aforesaid first air portion is automatically shut off to inject atomised fuel into said under-piston space while produced combustible mix is automatically forced via said chamber into the piston. As pressure in under-piston pace exceeds that in piston chamber the outlet therefrom is opened at the start of gas intake stroke. Both air portions at piston combustion chamber outlet and fuel evaporated therein Invention covers ICE running on said principle.

EFFECT: lower power consumption.

2 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к двигателестроению, в частности созданию двигателей внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) для автомобилей, сельхозмашин, легкомоторной авиации и других машин, требующих автономного привода небольшого веса.The group of inventions relates to engine building, in particular the creation of internal combustion engines (hereinafter ICE) for automobiles, agricultural vehicles, light aircraft and other machines requiring an autonomous drive of light weight.

Общеизвестен способ наддува воздуха в цилиндр ДВС для увеличения его мощности, использующий постоянно работающий компрессор с приводом от вала отбора мощности двигателя. Основным недостатком этого способа является потребность расходования части энергии на привод компрессора, используемой для перевода тепловой энергии в механическую, что приводит к уменьшению общего КПД двигателя.It is a well-known method of boosting air into the engine cylinder to increase its power, using a constantly running compressor driven by an engine power take-off shaft. The main disadvantage of this method is the need to spend part of the energy on the compressor drive used to convert thermal energy into mechanical energy, which leads to a decrease in the overall efficiency of the engine.

Известен двигатель по патенту России №2032820 (приоритет от 21.07.92 г.), содержащий оппозитно расположенные цилиндры, в которых расположены поршни, соединенные общим полым штоком, оснащенным двумя приливами, связанными шатунами с кривошипами вала отбора мощности, а открытие-закрытие впускных отверстий в полости цилиндра осуществляется за счет перемещения поршня относительно штока и гильзы цилиндра относительно головки, что позволяет существенно увеличить площадь проходных сечений впускных-выпускных клапанов двигателя и снизить боковые нагрузки в паре поршень-цилиндр за счет заключения штока в рольганги. При этом отпала необходимость в оснащении ДВС распредвалом и затрат энергии на его привод.Known engine according to Russian patent No. 2032820 (priority from 07/21/92), containing opposed cylinders in which pistons are located, connected by a common hollow rod equipped with two tides connected by connecting rods to the cranks of the power take-off shaft, and opening and closing of the inlets in the cylinder cavity due to the displacement of the piston relative to the rod and cylinder liner relative to the head, which can significantly increase the area of the bore sections of the intake and exhaust valves of the engine and reduce lateral loads hands in a pair of piston-cylinder due to the conclusion of the rod in the roller table. At the same time, there was no need to equip the internal combustion engine with a camshaft and energy costs for its drive.

Однако кинематическая схема, примененная в вышеупомянутом ДВС, не устранила боковые нагрузки, присущие кривошипно-шатунным системам, а лишь перенесла их с поршней на рольганги, что является существенным недостатком. Кроме этого, в подпоршневом пространстве при работе перемещается значительная масса газа, приводящая к бесполезной затрате энергии, снижающей КПД.However, the kinematic scheme used in the aforementioned ICE did not eliminate the lateral loads inherent in the crank systems, but only transferred them from the pistons to the roller tables, which is a significant drawback. In addition, a significant mass of gas moves in the under-piston space during operation, resulting in a waste of energy that reduces efficiency.

Цель изобретений - устранение бесполезных затрат энергии на упомянутое перемещение газа и утилизация этой энергии для создания наддува газа в камеру сгорания, а за счет изменения конструктивного решения поршневой части штока, существенное увеличение площади проходного сечения впускной щели.The purpose of the invention is the elimination of useless energy costs for the mentioned gas movement and utilization of this energy to create a boost of gas into the combustion chamber, and by changing the design of the piston part of the rod, a significant increase in the passage area of the inlet gap.

Эта достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом, используя увеличение внешнего диаметра штока до величины, равной диаметру поршня, сделанное в заявке №2011125545 от 23.06.11 г., в ДВС во время хода сжатия атмосферный воздух через воздухопровод засасывают в цилиндр предварительного сжатия подпоршневого пространства, выход обратно из которого в начале рабочего хода перекрывают до тех пор, пока не закончится рабочий ход, и как только давление в нем станет больше давления в камере предварительного сжатия, образованной внутри поршня, воздух перепускают в нее, а в начале хода выхлопа в цилиндр предварительного сжатия вновь засасывают вторую порцию атмосферного воздуха, в которую впрыскивают жидкое распыленное топливо в заданный момент после начала хода впуска, а полученную горючую смесь автоматически перепускают через камеру внутри поршня, как только давление в подпоршневом пространстве превысит давление в камере поршня, выход из которой открывают в начале хода впуска газа в камеру сгорания цилиндра ДВС, причем на выходе из камеры поршня обоим порциям воздуха, вместе с испарившимся в них жидким топливом, сообщают кроме скорости вдоль оси камеры сгорания дополнительную тангенциальную скорость, чем создают в камере сгорания пространственное вихревое течение, похожее на течение газа в вихревой трубе Ранка-Хилша с герметично закрытыми обоими выходами, но непрерывно увеличивающимся объемом полости, за счет перемещения донной части трубы, из которой истекает вихревой поток газа [1].This is achieved by the fact that in accordance with the proposed method, using the increase in the outer diameter of the rod to a value equal to the diameter of the piston made in application No. 2011125545 dated 06/23/11, in the internal combustion engine during atmospheric compression, air through the air duct is sucked into the pre-compression cylinder a sub-piston space, the outlet back from which is blocked at the beginning of the working stroke until the working stroke is completed, and as soon as the pressure in it exceeds the pressure in the pre-compression chamber formed inside the piston, air is passed into it, and at the beginning of the exhaust stroke, a second portion of atmospheric air is again sucked into the pre-compression cylinder, into which liquid atomized fuel is injected at a predetermined moment after the start of the intake stroke, and the resulting combustible mixture is automatically passed through the chamber inside the piston as soon as the pressure in the subpiston space will exceed the pressure in the piston chamber, the exit from which is opened at the beginning of the gas inlet into the combustion chamber of the ICE cylinder, and at the outlet of the piston chamber to both air portions, with the liquid fuel evaporated in them, in addition to the velocity along the axis of the combustion chamber, they report an additional tangential velocity, which creates a spatial vortex flow in the combustion chamber, similar to the gas flow in the Rank-Hills vortex tube with both outlets hermetically closed, but continuously increasing the volume of the cavity, for due to the movement of the bottom of the pipe from which the vortex gas flow flows out [1].

Осуществляется способ за счет того, что в ДВС с оппозитно расположенными цилиндрами и головками поршни, соединенные между собой полым штоком, на наружной поверхности центральной части которого образованы зигзагообразные канавки, связывающие шток через шарики с двумя коническими шестернями, на противоположной зубьям стороне которых образованы выступы, контактирующие через толкатели с механизмом отвода гильзы цилиндра в положение открытия выпускного клапана, сопряженные между собой третьей шестерней, передающей крутящий момент на вал отбора мощности, поршневые наконечники с силовым дном на обоих концах штока диаметром, равным диаметру поршня, жестко и герметично сочлененные с центральной частью воздухопровода, герметично соединенного с поперечным патрубком, размещенным внутри штока с коническим переходом на его внутренний диаметр, форкамер со сверхзвуковыми кольцевыми соплами, рубашек системы пульсирующего охлаждения, искровую систему зажигания, оснащенную бесконтактными датчиками магнитного типа и улиткообразными выпускными коллекторами, а конический переход поперечного патрубка воздухопровода оснащается полусферическим обратным клапаном, работающим на давление и разряжение, а поршневой наконечник штока жестко и герметично крепится к штоку, к которому герметично пристыкован корпус камеры, снабженный перфорацией около силового дна, с предусмотренным отверстием для прохода газа в камеру предварительного сжатия, оснащенным подпружиненным обратным клапаном с эластичным наконечником, опирающимся через пружину на дно цилиндра пневмодемпфера, смонтированного на стебле впускного клапана - дна поршня, выполненного за одно целое с запорным стаканом с полукруглым торцом, закрывающим выход из камеры предварительного сжатия при закрытом впускном клапане - дне поршня, причем герметичность обоих клапанов в закрытом положении обеспечивается подвижностью седла в осевом направлении, контактирующего с запорным стаканом, подпружиненного тарельчатой пружиной, а сообщение газу тангенциальной составляющей скорости, вытекающему через впускную щель, осуществляется вихреобразователем, смонтированным перед щелью.The method is implemented due to the fact that in ICE with opposite cylinders and heads, pistons are connected by a hollow rod, on the outer surface of the central part of which zigzag grooves are formed that connect the rod through balls with two bevel gears, on which the protrusions are formed on the side of the teeth, contacting via pushers with the cylinder liner retraction mechanism to the opening position of the exhaust valve, interfaced with a third gear that transmits torque to the shaft power take-offs, piston tips with a power bottom at both ends of the rod with a diameter equal to the diameter of the piston, rigidly and hermetically connected to the central part of the air duct, hermetically connected to the transverse nozzle placed inside the rod with a tapered transition to its inner diameter, prechamber with supersonic ring nozzles, shirts of a pulsating cooling system, a spark ignition system equipped with proximity sensors of magnetic type and cochlear-shaped exhaust manifolds, and a conical transition the cross-section of the air duct is equipped with a hemispherical check valve operating for pressure and pressure, and the piston tip of the stem is rigidly and hermetically attached to the stem, to which the chamber body is sealed, provided with perforations near the power bottom, with a hole provided for gas to enter the pre-compression chamber, equipped spring-loaded check valve with an elastic tip, resting through the spring on the bottom of the cylinder of the pneumatic damper mounted on the stem of the intake valve - bottom a piston made in one piece with a locking cup with a semicircular end that closes the exit of the pre-compression chamber with the intake valve closed — the bottom of the piston, and the tightness of both valves in the closed position is ensured by axial mobility of the seat in contact with the locking cup, spring-loaded with a cup spring, and the gas is informed of the tangential velocity component flowing through the inlet slit by a vortex generator mounted in front of the slit.

На фиг.1 изображен двухцилиндровый модуль ДВС (продольный разрез М=1:2), верхний цилиндр в начале хода впуска, нижний - в начале выхлопа; на фиг.2 - продольный разрез поршневого наконечника М=1:1 (левая сторона:Figure 1 shows a two-cylinder engine module (longitudinal section M = 1: 2), the upper cylinder at the beginning of the intake stroke, the lower one at the beginning of the exhaust; figure 2 is a longitudinal section of the piston tip M = 1: 1 (left side:

конец хода впуска - все клапаны открыты, правая сторона: начало хода сжатия - все клапаны закрыты).end of inlet stroke - all valves are open, right side: beginning of the compression stroke - all valves are closed).

Двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1, изготовленного из легкого сплава, на боковых стенках которого образованы два соосных прилива 2 с отверстиями для прохода центральной части штока, оппозитно расположенных, оснащенных на внешней поверхности многозаходной, прямоугольной резьбой 3, гильз цилиндров 4, каждая из которых герметично подвешена коаксиально штоку внутри рубашек охлаждения на двух пружинных диафрагмах 5 с теплозащитным экраном 6 со стороны выпускной щели, герметично зажатых между корпусом 1 рубашками охлаждения 7, которые оснащены многозаходной, прямоугольной резьбой 8 на внутренней поверхности, двух конических шестерен 9, обращенных зубьями друг к другу, смонтированных во внутренних приливах 2 корпуса на подшипниках качения 10, в ступицах которых образованы гнезда полусферической формы для размещения в них шариков 11, кольцевых выступов 12 на стороне, противоположной зубьям конических шестерен 9, с которыми взаимодействуют ролики толкателей 13, контактирующие с механизмом 14 отвода гильзы цилиндра в положение открытия, сальниковых уплотнений 15, штока 16, соединяющего противоположные поршни, на внешней поверхности центральной части которого симметрично относительно отверстия для прохода впускного трубопровода образованы пара (или несколькими параллельными пар) идентичных, замкнутых, зигзагообразных, симметричных относительно плоскости нормальной оси штока канавок 17 полукруглого поперечного сечения, удвоенная амплитуда зигзагов которых равна ходу штока, корпуса поршневого наконечника 18, силового дна поршневого наконечника 19 с образованным в нем отверстием 20 для прохода газа в камеру предварительного сжатия, эластичного уплотнительного наконечника входного клапана 21, основания входного клапана 22, пружины входного клапана 23, подвижного дна поршня - тарелки впускного клапана 24 камеры сгорания, углубления 25 для грибка форкамеры, запорного стакана с полукруглым торцом 26 выпускного клапана камеры предварительного сжатия, стебля тарелки впускного клапана 28, пневмодемпфера впускного клапана 29, поршня 30, уплотнительных колец поршня 31, металлокерамического уплотнительного седла 32, корпуса камеры предварительного сжатия 33 с перфорацией 27 у основания, дна 34 полости пневмодемпфера впускного клапана, подвижного седла 35 выпускного клапана камеры предварительного сжатия, тарельчатой пружины 36 подвижного седла, вихреобразователя 37, двухканального впускного трубопровода 38, поперечного патрубка впускного трубопровода 39, полусферического обратного клапана 40 впускного трубопровода, уплотнения поперечного патрубка 41 по внутренней поверхности штока 16, цилиндра предварительного сжатия 42, головок цилиндров 43, крышек головок цилиндров 44, выпускных улиткообразных коллекторов 45, впускных трубопроводов рубашек охлаждения 46, впускных клапанов 47 рубашек охлаждения, форкамер 48, свечей зажигания 49, впускных клапанов 50 рубашек охлаждения головок цилиндров, комбинированной цилиндроконической шестерни 51, вала отбора мощности 52, постоянных магнитов 53 на штоке, гермоконтактов 54 системы зажигания на корпусе ДВС и силовых стяжек 55.The internal combustion engine consists of a housing 1 made of light alloy, on whose side walls two coaxial tides 2 are formed with openings for the passage of the central part of the stem, opposed, equipped on the outer surface with a multi-start, rectangular thread 3, cylinder liners 4, each of which hermetically suspended coaxially to the rod inside the cooling jackets on two spring diaphragms 5 with a heat shield 6 from the side of the outlet slit, tightly clamped between the housing 1 by cooling jacks 7, which are equipped with multi-start, rectangular thread 8 on the inner surface, two bevel gears 9 facing the teeth, mounted in internal flanges 2 of the housing on rolling bearings 10, in the hubs of which hemispherical nests are formed to accommodate balls 11, ring protrusions 12 on the side opposite to the teeth of the bevel gears 9, with which the rollers of the pushers 13 are in contact with the mechanism 14 for retracting the cylinder liner to the open position, stuffing box seals 15, rod 16, connecting opposite pistons, on the outer surface of the central part of which is symmetrically formed with respect to the inlet for the passage of the inlet pipe a pair (or several parallel pairs) of identical, closed, zigzag, symmetrical relative to the plane of the normal axis of the rod grooves 17 of a semicircular cross section whose doubled amplitude of zigzags is the course of the rod, the housing of the piston tip 18, the power bottom of the piston tip 19 with the hole 20 formed therein for the passage of gas into the cam pre-compression, elastic sealing tip of the inlet valve 21, the base of the inlet valve 22, the spring of the inlet valve 23, the movable piston bottom — the plates of the inlet valve 24 of the combustion chamber, the recess 25 for the prechamber fungus, the locking cup with the semicircular end face 26 of the exhaust valve of the pre-compression chamber, the stem plate of the intake valve 28, the pneumatic damper of the intake valve 29, the piston 30, the sealing rings of the piston 31, the ceramic-metal sealing seat 32, the housing of the pre-compression chamber 33 with a perforation 27 at the base, bottom 34 of the inlet pneumatic damper cavity, movable seat 35 of the exhaust valve of the pre-compression chamber, Belleville spring 36 of the movable saddle, vortex generator 37, two-channel inlet pipe 38, inlet pipe 39, hemispherical inlet valve 40, the seals of the transverse pipe 41 along the inner surface of the rod 16, the pre-compression cylinder 42, the cylinder heads 43, the cylinder head covers 44, the exhaust coils collectors 45, inlet pipelines of cooling jackets 46, inlet valves 47 of cooling jackets, pre-chambers 48, spark plugs 49, inlet valves 50 of cooling jackets for cylinder heads, combined cylinder-pinion gear 51, power take-off shaft 52, permanent magnets 53 on the rod, pressure contacts 54 of the ignition system on the body of the engine and power couplers 55.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

В конце такта сжатия в верхнем цилиндре (см. фиг.1) гермоконтакт 54 системы зажигания в заданный момент взаимодействует с магнитом 53 на штоке 16 и выдает сигнал электронной системе зажигания на подачу высокого напряжения на свечу 49 верхнего цилиндра, разряд которого на свече поджигает горючую смесь в форкамере 48 этого цилиндра, а циркуляционный сверхзвуковой поток, истекающий из кольцевого сопла форкамеры 48 вдоль конической поверхности дна поршня, воспламеняет горючую смесь в камере сгорания цилиндра кольцевым прямым скачком пламени от окружной границы углубления 25 в тарелке впускного клапана - дна поршневого наконечника штока до внутренней поверхности гильзы цилиндра, образуя равномерную эпюру давления на торцевой поверхности дна поршня от упомянутой границы к периферии, в это время клапан - дно 24 поршневого наконечника 18, взаимодействуя с металлокерамическим седлом 32 и силовым дном 19 поршневого наконечника, начинает перемещать шток 16 в сторону противоположного цилиндра, совершая рабочий ход за счет адиабатического расширения продуктов сгорания. Криволинейные канавки 17 на внешней поверхности средней части штока 16, контактируя через шарики 11 со ступицами конических шестерен 9, заставляют их вращаться в противоположные стороны, передавая крутящий момент с помощью сопрягающей комбинированной цилиндроконической шестерни 51 на вал отбора мощности 52. В это же время силовое дно 19 поршневого наконечника 18, приближаясь к поперечному патрубку 39 впускного трубопровода 38, коническая часть которого перекрыта полусферическим обратным клапаном 40 за счет повышения давления в цилиндре предварительного сжатия 42 при сжатии воздуха, засосанного во время предыдущего такта сжатия, подготавливает первую порцию воздуха к процессу перепуска в камеру предварительного сжатия 33, который начинается, как только давление в цилиндре предварительного сжатия 42 станет больше давления в камере предварительного сжатия 33. Входной клапан 22 открывается и камера предварительного сжатия 33 заполняется запасенной порцией воздуха до тех пор пока шток не достигнет нижней мертвой точки (Н.М.Т). В начале возвратного движения штока давление в цилиндре 42 резко падает и клапан 22 под действием пружины 23 и перепада давления между камерой 33 и полостью цилиндра 42 закрывается, исключая возврат воздуха в цилиндр 42. В этот момент клапан 40 под действием атмосферного давления и вакуума, образовавшегося около силового дна 19, открывается и в полость цилиндра 42 начинает засасываться вторая порция атмосферного воздуха. При этом в заданный момент по технологическому циклу кольцеобразные выступы заданной протяженности на конических шестернях 12 входят в контакт с роликами толкателей 13, которые, взаимодействуя с механизмом 14 отвода гильзы 4 в положение открытия, плавно перемещают гильзу в крайнее нижнее положение, начиная такт выхлопа. Во время перемещения гильзы 4 в нижнее положение многозаходная прямоугольная резьба 3 на ее внешней поверхности вытесняет охлаждающую жидкость из зазора между аналогичной резьбой 8 на внутренней поверхности рубашки охлаждения 7 в радиатор, а появившийся с противоположной стороны зазор между резьбами 3 и 8 заполняется охлажденной жидкостью из радиатора через обратный клапан 47 на входе в рубашку охлаждения. При начале возвратного движения штока толкатели 13, взаимодействуя с выступами 12, изменяющими свою высоту по заданному закону, плавно освобождают гильзу 4 от действия механизма отвода 14, и под действием диафрагменных пружин 5 она переходит в верхние положение - закрытия выпускного клапана камеры сгорания цилиндра ДВС. В это же время прямоугольная резьба 8 вытесняет через обратный клапан 50 горячую жидкость из головки цилиндра 43 в радиатор холодной жидкостью, запасенной в рубашке 7 во время отвода гильзы, а клапан 47 препятствует возвращению холодной жидкости в радиатор. Освобождающийся нижний зазор вновь заполняется жидкостью из радиатора. Силовое дно 19 при движении штока 16 в сторону верхней мертвой точки (В.М.Т.) освобождает цилиндр предварительного сжатия 42, который через клапан 40 заполняется атмосферным воздухом до тех пор, пока шток не достигнет В.М.Т. и начнет возвратное движение, сжимая силовым дном 19 поршневого наконечника 18 воздух, вошедший в цилиндр 42. Клапан 40 автоматически закрывается и давление в цилиндре 42 начинает расти до тех пор, пока не станет равным давлению в камере предварительного сжатия 33. В этот момент в цилиндр 42 впрыскивается жидкое распыленное топливо. Длина кольцевых выступов 12 на конических шестернях 9 выполняется таким образом, что полное закрытие выпускной щели цилиндра происходит после начала возвратного движения штока, т.е. после начала открытия впускного клапана 24. Задержка закрытия выпускного клапана позволяет за счет эжектирования сверхзвуковой струей, истекающей из впускной щели, полностью удалить из зазора между тарелкой впускного клапана 24 и головкой 43, а также из форкамеры 48, практически все остатки продуктов сгорания, обеспечив получение величины коэффициента заполнения цилиндра 4, достаточно близким к единице (у лучших современных ДВС он не превышает 0.7). Поскольку в начале впуска происходит истечение первой порции воздуха, запасенной в камере предварительного сжатия 33, в которой практически отсутствует топливо, то потери топлива на продувку минимальны.At the end of the compression stroke in the upper cylinder (see Fig. 1), the ignition system 54 contact at a given moment interacts with the magnet 53 on the rod 16 and provides a signal to the electronic ignition system to supply a high voltage to the candle 49 of the upper cylinder, the discharge of which ignites the fuel on the candle the mixture in the prechamber 48 of this cylinder, and the circulating supersonic flow flowing from the annular nozzle of the prechamber 48 along the conical surface of the piston bottom, ignites the combustible mixture in the cylinder combustion chamber with an annular direct flame jump from the boundary of the recess 25 in the plate of the inlet valve - the bottom of the piston tip of the rod to the inner surface of the cylinder liner, forming a uniform pressure plot on the end surface of the piston bottom from the mentioned border to the periphery, at this time the valve is the bottom 24 of the piston tip 18, interacting with the ceramic-metal seat 32 and the power bottom 19 of the piston tip, begins to move the rod 16 towards the opposite cylinder, making a stroke due to adiabatic expansion of the combustion products. Curved grooves 17 on the outer surface of the middle part of the rod 16, in contact through the balls 11 with the hubs of the bevel gears 9, cause them to rotate in opposite directions, transmitting torque using the coupling combined cylindrical bevel gear 51 to the power take-off shaft 52. At the same time, the power bottom 19 of the piston tip 18, approaching the transverse pipe 39 of the inlet pipe 38, the conical part of which is blocked by a hemispherical check valve 40 by increasing the pressure in the cylinder compression 42 when compressing air sucked during the previous compression stroke, prepares the first portion of air for the process of transfer to the pre-compression chamber 33, which begins as soon as the pressure in the pre-compression cylinder 42 is greater than the pressure in the pre-compression chamber 33. Inlet valve 22 opens and the pre-compression chamber 33 is filled with a stored portion of air until the stock reaches bottom dead center (N.M.T). At the beginning of the return movement of the rod, the pressure in the cylinder 42 drops sharply and the valve 22 closes under the action of the spring 23 and the pressure drop between the chamber 33 and the cavity of the cylinder 42, excluding the return of air to the cylinder 42. At this point, the valve 40 is exposed to atmospheric pressure and vacuum near the power bottom 19, opens and a second portion of atmospheric air begins to be sucked into the cavity of the cylinder 42. At the same time, at a given point in the technological cycle, ring-shaped protrusions of a given length on bevel gears 12 come in contact with the pusher rollers 13, which, interacting with the sleeve 14 retraction mechanism 4 to the opening position, smoothly move the sleeve to its lowest position, starting the exhaust stroke. When the sleeve 4 is moved to the lower position, a multi-thread rectangular thread 3 on its outer surface displaces the coolant from the gap between the similar thread 8 on the inner surface of the cooling jacket 7 into the radiator, and the gap between the threads 3 and 8 that appears on the opposite side is filled with cooled liquid from the radiator through the check valve 47 at the entrance to the cooling jacket. At the beginning of the return movement of the rod, the pushers 13, interacting with the protrusions 12, which change their height according to a given law, smoothly release the sleeve 4 from the action of the retraction mechanism 14, and under the action of the diaphragm springs 5, it goes to the upper position - closing the exhaust valve of the combustion chamber of the ICE cylinder. At the same time, rectangular thread 8 displaces hot fluid through the check valve 50 from the cylinder head 43 to the radiator with the cold fluid stored in the jacket 7 during removal of the sleeve, and the valve 47 prevents the return of cold fluid to the radiator. The free lower gap is again filled with fluid from the radiator. The power bottom 19 when the rod 16 moves towards the top dead center (V.M.T.) frees the pre-compression cylinder 42, which through valve 40 is filled with atmospheric air until the rod reaches V.M.T. and starts the return movement, compressing the air entering the cylinder 42 by the power bottom 19 of the piston tip 18. The valve 40 is automatically closed and the pressure in the cylinder 42 begins to increase until it becomes equal to the pressure in the pre-compression chamber 33. At this point, in the cylinder 42, liquid atomized fuel is injected. The length of the annular protrusions 12 on the bevel gears 9 is such that the complete closing of the cylinder exit slit occurs after the start of the return movement of the rod, i.e. after the inlet valve starts to open 24. The delayed closing of the exhaust valve allows, by ejection by a supersonic jet flowing out of the inlet slit, to completely remove from the gap between the inlet valve plate 24 and the head 43, as well as from the pre-chamber 48, ensuring that the fill factor of cylinder 4, quite close to unity (in the best modern ICEs it does not exceed 0.7). Since the first portion of air stored in the pre-compression chamber 33, in which there is practically no fuel, expires at the beginning of the inlet, fuel losses for purging are minimal.

Такт впуска начинается, когда шток 16 проходит В.М.Т. и начинает возвратное движение в сторону Н.М.Т. В этот момент тарелка впускного клапана 24, продолжая движение в прежнем направлении под действием силы инерции, открывает впускную щель и занимает положение, при котором грибок форкамеры 46 оказывается внутри углубления 25 в тарелке впускного клапана 24. Безударная остановка тарелки впускного клапана обеспечивается за счет противодействия пневмодемпфера 29. Заполнение цилиндра 4 начинается с момента закрытия выпускной щели, т.к. в этот момент тарелка 24 прекращает свое движение относительно штока 16 (впускная щель полностью открыта), а воздух, находившийся в камере предварительного сжатия 33, пройдя через вихреобразователь 37, создает в полости между наружной поверхностью тарелки 24 и головкой 43 пространственное вихревое течение, которое растягивается в осевом направлении по мере движения штока к Н.М.Т. [1]. Как только давление в цилиндре предварительного сжатия 42 станет больше давления в камере предварительного сжатия 33, входной клапан 22 камеры 33 открывается и горючая смесь из цилиндра 42 через камеру 33 и вихреобразователь 37 начинает поступать в цилиндр 4. Вихревое течение газа в цилиндре, начинающееся от стенки гильзы 4, интенсивно перемешивает обе порции газа в вихре, превращая их в однородную горючую смесь заданной концентрации, исключая образование жидкой фазы топлива на поверхности гильзы. Пониженное давление в центре вихря эжектирует воздух из форкамеры 48, вошедший в момент закрытия выпускного клапана гильзой 4, и перемешивает его с остальной частью смеси. Процесс перемешивания продолжается и после того, как шток 16, пройдя Н.М.Т., начнет обратное движение навстречу тарелке впускного клапана - дна поршня 24, которая по инерции продолжает движение навстречу штоку 16, пока полукруглый торец запорного стакана 26 не соприкоснется с поверхностью подвижного седла 35 выпускного клапана камеры 33. Безударная посадка тарелки 24 в металлокерамическое седло 32 обеспечивается противодействием тарельчатой пружины 36 и пневмодемпфера 39, что прекращает процесс впуска и начинает такт сжатия.The intake stroke begins when the stem 16 passes V.M.T. and begins a return movement towards N.M.T. At this moment, the inlet valve disc 24, continuing to move in the same direction under the action of inertia, opens the inlet slit and occupies the position where the funnel of the prechamber 46 is inside the recess 25 in the inlet valve disc 24. The shock-free stop of the inlet valve disc is ensured by counteraction of the pneumatic damper 29. The filling of the cylinder 4 begins from the moment of closing the outlet gap, at this moment, the plate 24 stops its movement relative to the rod 16 (the inlet slit is fully open), and the air in the pre-compression chamber 33, passing through the vortex generator 37, creates a spatial vortex flow in the cavity between the outer surface of the plate 24 and the head 43, which stretches in the axial direction as the rod moves to N.M.T. [one]. As soon as the pressure in the pre-compression cylinder 42 becomes greater than the pressure in the pre-compression chamber 33, the inlet valve 22 of the chamber 33 is opened and the combustible mixture from the cylinder 42 through the chamber 33 and the vortex generator 37 begins to flow into the cylinder 4. The vortex gas flow in the cylinder, starting from the wall liner 4, intensively mixes both portions of gas in a vortex, turning them into a homogeneous combustible mixture of a given concentration, eliminating the formation of a liquid phase of fuel on the surface of the liner. The reduced pressure in the center of the vortex ejects air from the pre-chamber 48, which entered at the moment of closing the exhaust valve with the sleeve 4, and mixes it with the rest of the mixture. The mixing process continues even after the stem 16, having passed N.M.T., starts the reverse movement towards the inlet valve plate - the bottom of the piston 24, which by inertia continues to move towards the stem 16, until the semicircular end face of the shutter cup 26 touches the surface a movable seat 35 of the exhaust valve of the chamber 33. The shock-free landing of the plate 24 in the cermet seat 32 is ensured by the counteraction of the disk spring 36 and the pneumatic damper 39, which stops the intake process and begins the compression stroke.

В начале такта сжатия все клапаны поршня закрыты. Вихревое движение горючей смеси в процессе сжатия продолжается [2], а повышение давления на внешней поверхности дна поршня - тарелки впускного клапана гарантирует его герметичность. В это же время в цилиндр предварительного сжатия засасывается очередная порция атмосферного воздуха, подготавливая следующий цикл работы данного цилиндра. В остальных цилиндрах тепловой процесс протекает аналогичным образом.At the beginning of the compression stroke, all piston valves are closed. The vortex motion of the combustible mixture during compression continues [2], and the increase in pressure on the outer surface of the piston bottom — the inlet valve plate — ensures its tightness. At the same time, another portion of atmospheric air is sucked into the pre-compression cylinder, preparing the next cycle of this cylinder. In the remaining cylinders, the thermal process proceeds in a similar manner.

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто за счет добавления идентичных модулей с соответствующей корректировкой системы зажигания и подачи горючего, при обеспечении движения штоков каждой пары модулей в разные стороны. Для улучшения весовых характеристик двигателя с числом цилиндров более двух рационально корпус, рубашки охлаждения, головки цилиндров и вал отбора мощности выполнять общими, кроме этого, шестерни 51 также могут быть общими для каждой пары модулей. Остальные детали двигателя остаются унифицированными, что очень важно для массового производства.An increase in engine power can be achieved by adding identical modules with appropriate adjustment of the ignition system and the fuel supply, while ensuring the movement of the rods of each pair of modules in different directions. To improve the weight characteristics of an engine with a number of cylinders of more than two, it is rational to carry out the case, cooling jackets, cylinder heads and power take-off shaft, in addition, gears 51 can also be common for each pair of modules. The remaining engine parts remain unified, which is very important for mass production.

Использование предлагаемого способа наддува в цилиндры ДВС и устройства для его осуществления, позволяет не всасывать, а нагнетать в цилиндр ДВС практически полуторный объем воздуха за счет утилизации остаточной энергии тактов, предшествующих такту впуска, которая бесполезно выбрасывается в выхлопной тракт современных ДВС. Отсутствие дополнительных затрат энергии на наддув априори существенно повысит К.П.Д. и мощность двигателя. Предварительный впрыск топлива в подпоршневое пространство, кроме обеспечения большой однородности горючей смеси, исключает засорение топливных форсунок продуктами сгорания, поскольку горение смеси в подпоршневом пространстве не происходит, а эффективная продувка камеры сгорания в конце хода выхлопа позволяет получить коэффициент заполнения цилиндра горючей смесью близкий к единице.Using the proposed method of boosting into the internal combustion engine cylinders and devices for its implementation, it is possible not to suck in, but to inject into the internal combustion engine cylinder an almost one and a half volume of air by utilizing the residual energy of the cycles preceding the intake stroke, which is uselessly ejected into the exhaust tract of modern internal combustion engines. The absence of additional energy costs for boosting a priori will significantly increase KPD and engine power. The preliminary injection of fuel into the sub-piston space, in addition to ensuring great uniformity of the combustible mixture, eliminates clogging of the fuel nozzles with combustion products, since the mixture does not burn in the sub-piston space, and effective purging of the combustion chamber at the end of the exhaust stroke makes it possible to obtain a cylinder filling factor with a combustible mixture close to unity.

Проведенные оценки показывают, что автомобильный двигатель с рабочим объемом цилиндров порядка 1.5 л мощностью около 120-140 л.с. будет весить не более 50 кг и расходовать топливо в пределах 2.5-3.5 л/100 км.Estimates show that a car engine with a cylinder displacement of about 1.5 liters with a capacity of about 120-140 hp will weigh no more than 50 kg and consume fuel within 2.5-3.5 l / 100 km.

БиблиографияBibliography

1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. Изд. «МАШИНОСТРОЕНИЕ», Москва, 1969 г. стр.25-27.1. Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. Ed. "MECHANICAL ENGINEERING", Moscow, 1969, pp. 25-27.

2. Лойцзянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд. «НАУКА», Москва 1976 г. стр.66.2. Loijiang L.G. Mechanics of fluid and gas. Ed. “SCIENCE”, Moscow 1976 p. 66.

Claims

1. The method of pressurization into the cylinder of an internal combustion engine, characterized in that during the compression stroke of the combustible mixture in the engine cylinder, atmospheric air is sucked into the under-piston space through the air duct, the outlet of which is automatically blocked back at the beginning of the working stroke, and as soon as the pressure in the under-piston space there will be more pressure in the chamber formed inside the piston, air is passed into this chamber until the working stroke is over, and at the beginning of the exhaust stroke it is again sucked into the under-piston space into the second portion of air, moreover, the chamber with the first portion of air is automatically shut off, and sprayed liquid fuel is injected into the sub-piston space at a given moment, and the resulting combustible mixture is automatically passed through the chamber inside the piston as soon as the pressure in the sub-piston space exceeds the pressure in the piston chamber, exit from which they open at the beginning of the gas inlet into the combustion chamber of the ICE cylinder, and at the outlet of the piston chamber, both air portions, together with the liquid fuel vaporized in them, are reported to In addition to the velocity along the axis of the combustion chamber, an additional tangential component of velocity, as a result of which a spatial vortex flow is formed in the cylinder cavity, which continues to exist during the intake and compression stroke.

2. An internal combustion engine comprising a housing with opposed cylinders and heads, pistons connected to one another by a hollow rod, on the outer surface of the central part of which are formed zigzag grooves connecting the rod through balls with two bevel gears, on the opposite side of the teeth of which protrusions are formed, contacting via pushers with the cylinder liner retraction mechanism to the opening position of the exhaust valve, interfaced with a third gear that transmits torque t on the power take-off shaft, piston tips with a power bottom at both ends of the rod, with a diameter equal to the diameter of the piston, rigidly and hermetically connected to the central part, of the air duct, hermetically connected to the transverse pipe placed inside the rod with a conical transition to its inner diameter, prechamber with a supersonic annular nozzle, shirts of a pulsating cooling system, a spark ignition system equipped with non-contact magnetic sensors and cochlear-shaped exhaust manifolds, characterized by We note that the conical transition of the transverse branch pipe of the air duct is equipped with a hemispherical check valve working for pressure and discharge, and the piston body is rigidly and hermetically fixed to the power bottom of the piston tip, to which the pre-compression chamber housing is tightly attached, provided with perforation near the power bottom, with a hole provided for the passage of gas into the pre-compression chamber, equipped with a spring-loaded check valve with an elastic tip, resting through the spring on the bottom of the cylinder the core of the pneumatic damper mounted on the stalk of the inlet valve — the bottom of the piston made in one piece with a locking cup with a semicircular end that closes the outlet from the pre-compression chamber with the inlet valve closed — the bottom of the piston, and the tightness of both valves in the closed position is ensured by axial mobility of the seat in contact with the locking cup, spring-loaded with a Belleville spring, and the tangential component of the velocity is communicated to the gas flowing through the inlet slit a transducer mounted in front of the slot.