RU2800634C1 - Turbine piston internal combustion engine - Google Patents

Turbine piston internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2800634C1
RU2800634C1 RU2022127080A RU2022127080A RU2800634C1 RU 2800634 C1 RU2800634 C1 RU 2800634C1 RU 2022127080 A RU2022127080 A RU 2022127080A RU 2022127080 A RU2022127080 A RU 2022127080A RU 2800634 C1 RU2800634 C1 RU 2800634C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
internal combustion
piston
cylinder
combustion engine
shaft
Prior art date
Application number
RU2022127080A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Шова
Original Assignee
Алексей Шова
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Шова filed Critical Алексей Шова
Application granted granted Critical
Publication of RU2800634C1 publication Critical patent/RU2800634C1/en

Links

Abstract

FIELD: internal combustion engines (ICE).
SUBSTANCE: proposed internal combustion engine consists of cylindrical shaft 1 passing through the centre of cylinder block 2, at one end of which flywheel 3 is attached, on top of which curved track 4 is mounted, which is a cylinder, in which the end adjacent to flywheel 3 is even, and the other end has two plane, lower and upper, whereas the transition from the lower plane to the upper is carried out along a curved line. Track 4 controls rod 5 of piston 6, which moves along its two planes, thus piston 6 moves up and down in cylinder 2. Above each cylinder 2, head 7 with valves 11 and 12 is fixed, above which, to the cylinder block 2, turbine housing 8 is also attached. At the other end of shaft 1 is attached to rotor 9 of turbine 8 rotated by the exhaust gas flow of the internal combustion engine. Rotor 9 rotates shaft 1, and shaft 1 rotates flywheel 3 with track 4, whereas rod 5 moves piston 6 to BDC and TDC.
EFFECT: simplifying the design and efficiency of the internal combustion engine and reduced friction surfaces of the internal combustion engine parts during its operation.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС) преобразующим тепловую энергию продуктов сгорания в механическую энергию.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to internal combustion engines (hereinafter ICE) converting the thermal energy of combustion products into mechanical energy.

Известен двигатель внутреннего сгорания без коленвала, включающий, по меньшей мере, один торообразный корпус, содержащий два и более дуговых цилиндра, внутри которых установлены поршни, при этом он снабжен установленным на валу двигателя и жестко взаимосвязанным с корпусом двигателя устройством для преобразования возвратно вращательного движения во вращательное в одном направлении, передающим на выходной вал двигателя вращение в одном направлении, которое содержит входной вал, расположенный на одной оси с выходным валом устройства, промежуточную ось, установленную перпендикулярно указанной оси, элементы сцепления в виде обгонной или храповой муфты, жестко установленные на выходном валу устройства, взаимосвязанные с коническими элементами передачи вращения, выполненные с возможностью взаимно-обратного вращательного движения для передачи выходному валу двигателя вращения в одном направлении, при этом выходной вал устройства является одновременно выходным валом двигателя, а входной вал устройства жестко смонтирован на одном из элементов сцепления и жестко связан с каждым поршнем двигателя (RU 121005, МПК F02B 71/00, опубл. 10.10.2012)An internal combustion engine without a crankshaft is known, comprising at least one toroidal housing containing two or more arc cylinders inside which pistons are installed, while it is equipped with a device mounted on the engine shaft and rigidly interconnected with the engine housing for converting reciprocating rotational motion into rotary in one direction, transmitting rotation in one direction to the output shaft of the engine, which contains an input shaft located on the same axis as the output shaft of the device, an intermediate axis installed perpendicular to the specified axis, clutch elements in the form of an overrunning or ratchet clutch rigidly mounted on the output shaft of the device, interconnected with conical elements of rotation transmission, made with the possibility of mutually reverse rotational movement to transmit rotation to the output shaft of the engine in one direction, while the output shaft of the device is simultaneously the output shaft of the engine, and the input shaft of the device is rigidly mounted on one of the clutch elements and is rigidly connected to each piston of the engine (RU 121005, IPC F02B 71/00, publ. 10.10.2012)

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работа которого заключается в подачи воздуха и топлива в цилиндр, воспламенение рабочей смеси, расширение продуктов сгорания и последующий их выпуск. Подача воздуха и топлива осуществляется при ходе поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до величины h Н/5 Z (XY) в степени 1/1,4 см, где Н полный ход поршня от ВМТ до нижней мертвой точки, см; Z отношение давление подаваемой в цилиндр смеси воздуха и топлива к атмосферному; X полезно используемая доля теплотворной способности смеси воздуха и топлива при максимальной мощности ДВС; Y отношение расхода топлива при заданном режиме к расходу топлива при максимальном режиме. Изобретение обеспечивает снижение тепловых и механических потерь, повышение термодинамического и реального коэффициента полезного действия за счет более полного использования энергии продуктов сгорания, уменьшение давления выхлопа (RU 2050448, МПК F02B 5/00, опубл. 20.12.1995).Known internal combustion engine (ICE), whose work is to supply air and fuel to the cylinder, ignition of the working mixture, expansion of combustion products and their subsequent release. Air and fuel are supplied with the piston stroke from top dead center (TDC) to the value h H / 5 Z (XY) to the power of 1 / 1.4 cm, where H is the full piston stroke from TDC to bottom dead center, cm; Z is the ratio of the pressure of the mixture of air and fuel supplied to the cylinder to atmospheric; X usefully used proportion of the calorific value of the mixture of air and fuel at maximum power of the internal combustion engine; Y is the ratio of fuel consumption at a given mode to fuel consumption at maximum mode. The invention provides for a reduction in thermal and mechanical losses, an increase in thermodynamic and real efficiency due to a more complete use of the energy of combustion products, a decrease in exhaust pressure (RU 2050448, IPC F02B 5/00, publ. 20.12.1995).

Известен трехтактный двигатель содержащий цилиндр, в котором выполнена боковая полость камеры сгорания с топливной форсункой и свечой зажигания. В цилиндре оппозитно размещены рабочий поршень, перекрывающий своей боковой поверхностью выпускное окно цилиндра, и легкий впускной поршень - вытеснитель, выполненный в виде двойной пустотелой мембранной коробки или упругой сильфонной оболочки и снабженный трубчатым штоком, плотно входящим в направляющую полость впускного окна крышки цилиндра, накрытой пробкой с цилиндрической пружиной, упирающейся в впускной поршень. Рабочий поршень кинематически связан с кривошипно-шатунным механизмом коленвала, размещенным в маслозаполненном картере двигателя (RU 2006626, МПК F02B 75/28, опубл. 30.01.1994).Known three-stroke engine containing a cylinder in which a side cavity of the combustion chamber with a fuel injector and a spark plug is made. The working piston is placed opposite in the cylinder, overlapping the cylinder outlet window with its lateral surface, and the light inlet piston - displacer, made in the form of a double hollow membrane box or an elastic bellows shell and equipped with a tubular rod tightly fitting into the guide cavity of the inlet window of the cylinder cover, covered with a stopper with a coil spring resting against the intake piston. The working piston is kinematically connected to the crank mechanism of the crankshaft located in the oil-filled crankcase of the engine (RU 2006626, IPC F02B 75/28, publ. 30.01.1994).

Анализ известных ДВС дает право утверждать, что они имеют множество технологически сложных изготовленных деталей, большие поверхности трения, меньший ресурс, так как каждая группа цилиндр-поршень вынуждена работать постоянно, потому что связаны между собой общей деталью (колен вал или др.) которая в свою очередь приводит к износу, кроме этого они не обладают функцией трех, шести или девятитактовой работы за один оборот вала. Конструкция аналогов такова, что отключение какой-либо цилиндро-поршневой группы, в цикле работы двигателя, является невозможным, что также влияет на экономичность и ресурс ДВС. Аналогичные ДВС конструктивно усложнен и имеет кривошипно-шатунный механизм, а это также является существенным недостатком.An analysis of the known internal combustion engines gives the right to assert that they have a lot of technologically complex manufactured parts, large friction surfaces, a smaller resource, since each cylinder-piston group is forced to work constantly, because they are interconnected by a common part (knee shaft or others) which in in turn leads to wear, in addition, they do not have the function of three, six or nine strokes per revolution of the shaft. The design of analogues is such that it is impossible to turn off any cylinder-piston group during the engine operation cycle, which also affects the efficiency and resource of the internal combustion engine. Similar internal combustion engines are structurally complicated and have a crank mechanism, and this is also a significant drawback.

Задача, стоящая перед автором, состоит в создании конструктивно упрощенного, экономичного ДВС с уменьшенной поверхностью трения деталей во время его работы.The task facing the author is to create a structurally simplified, economical internal combustion engine with a reduced friction surface of parts during its operation.

Задача решается благодаря сущности устройства заявляемого двигателя, позволяющего упразднить коленвал, шатун, распредвал и другие подвижные детали, приводящие в движение поршень ДВС, благодаря использованию криволинейной дорожки по которой перемещается шток поршня, представляющей собой цилиндр, у которого один торец ровный, то есть находится в одной плоскости, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, при этом переход от нижней плоскости к верхней, осуществляется по кривой линии.The problem is solved due to the essence of the device of the proposed engine, which allows to eliminate the crankshaft, connecting rod, camshaft and other moving parts that set the engine piston in motion, thanks to the use of a curved track along which the piston rod moves, which is a cylinder, in which one end is even, that is, it is located in one plane, and the other end has two planes: lower and upper, while the transition from the lower plane to the upper one is carried out along a curved line.

Согласно изобретению предложен турбопоршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндрического вала, на одном конце которого прикреплен ротор турбины, на другом конце вала прикреплен маховик, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, переход между которыми осуществляется по кривой линии, сверху дорожки установлен шток поршня, с возможностью перемещения по двум ее плоскостям, таким образом, поршень имеет возможность перемещаться вверх и вниз в цилиндре, над которым закреплена головка с клапанами.According to the invention, a turbo-piston internal combustion engine is proposed, consisting of a cylindrical shaft, at one end of which a turbine rotor is attached, at the other end of the shaft a flywheel is attached, on top of which a curved track is mounted, which is a cylinder, in which one end is even, and the other end has two planes : lower and upper, the transition between which is carried out along a curved line, a piston rod is installed on top of the track, with the ability to move along its two planes, so the piston can move up and down in the cylinder, above which the head with valves is fixed.

Заявляемый двигатель состоит из цилиндрического вала 1, проходящего по центру блока цилиндров 2, на одном конце которого прикреплен маховик 3, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка 4, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, то есть находится в одной плоскости, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, при этом переход от нижней плоскости к верхней, осуществляется по кривой линии. Дорожка 4 управляет штоком 5 поршня 6, который перемещается по двум ее плоскостям, таким образом, поршень 6 перемещается в цилиндре 2 вверх и вниз. Над каждым цилиндром 2 закреплена головка 7 с клапанами 11 и 12, над которой, к блоку цилиндров 2, также крепится корпус турбины 8.The inventive engine consists of a cylindrical shaft 1 passing through the center of the cylinder block 2, at one end of which a flywheel 3 is attached, on top of which a curved track 4 is mounted, which is a cylinder, in which one end is even, that is, it is in the same plane, and the other end has two planes: lower and upper, while the transition from the lower plane to the upper one is carried out along a curved line. Track 4 controls the rod 5 of the piston 6, which moves along its two planes, thus the piston 6 moves up and down in the cylinder 2. Above each cylinder 2, a head 7 with valves 11 and 12 is fixed, above which, to the cylinder block 2, the turbine housing 8 is also attached.

На другом конце вала 1 прикреплен ротор 9 турбины 8, вращаемый потоками проходящих газов. В свою очередь, ротор 9 вращает вал 1, а вал 1 вращает маховик 3 с дорожкой 4, при этом шток 5 перемещает поршень 6 в НМТ и ВМТ. Камера сгорания образовывается между поршнем 6 и головкой 7 цилиндра, когда поршень 6 находится в ВМТ. В камере сгорания происходит воспламенение заряда, и полученная энергия передается лопастям 10 ротора 9 турбины 8. Таким образом, получается работа.At the other end of the shaft 1 is attached to the rotor 9 of the turbine 8, rotated by the flow of passing gases. In turn, the rotor 9 rotates the shaft 1, and the shaft 1 rotates the flywheel 3 with track 4, while the rod 5 moves the piston 6 to BDC and TDC. The combustion chamber is formed between piston 6 and cylinder head 7 when piston 6 is at TDC. In the combustion chamber, the charge is ignited, and the energy received is transferred to the blades 10 of the rotor 9 of the turbine 8. Thus, work is obtained.

На фиг. 1 схематично показано внутреннее устройство заявляемого двигателя.In FIG. 1 schematically shows the internal structure of the proposed engine.

На фиг. 2 показан процесс всасывания во время работы заявляемого двигателя.In FIG. 2 shows the suction process during operation of the inventive engine.

На фиг. 2а показан процесс сжатия во время работы заявляемого двигателя.In FIG. 2a shows the compression process during operation of the inventive engine.

На фиг. 2б показан процесс выхлопа во время работы заявляемого двигателя.In FIG. 2b shows the exhaust process during operation of the proposed engine.

На фиг. 3 показан общий вид криволинейной дорожки.In FIG. 3 shows a general view of a curved track.

Способ работы устройства:How the device works:

Во время вращения маховика 3 заявляемого ДВС, криволинейная дорожка 4 приводит в движение, с помощью штока 5, поршень 6 из ВМТ в НМТ при этом протекает всасывание (фиг. 2), а клапан всасывания 11 открывается, а из НМТ в ВМТ, после закрытия клапанов 11 и 12, протекает сжатие (фиг. 2а), затем поршень замирает в ВМТ, после чего следует воспламенение. Образовавшиеся газы (на фиг. 2б показано стрелочками), из камеры сгорания, после открытия клапана 12 выхлопа, по коллектору 13 поступают к лопастям 10 турбины 8, где одновременно происходит выхлоп и работа. В результате совмещения выхлопа и выполнения работы в один такт, цикл завершается за один оборот дорожки 4 в 360°. За этот же оборот поршень 6 совершает одно движение из ВМТ в НМТ и следующее движение из НМТ в ВМТ. Примечательно, что в данной конструкции протекает отдельно такт всасывания и отдельно такт сжатия, а выхлоп и рабочий такт выполняются одновременно. Такие процессы могут происходить и в других поршневых 6 группах в любом порядке, то есть во всех цилиндрах 2 каждого конкретного ДВС или отдельно взятых цилиндрах 2 того же ДВС. Иначе говоря, может работать один цилиндр 2, два цилиндра или N-ное количество цилиндров.During the rotation of the flywheel 3 of the proposed internal combustion engine, the curved track 4 sets in motion, with the help of the rod 5, the piston 6 from TDC to BDC, while suction flows (Fig. 2), and the suction valve 11 opens, and from BDC to TDC, after closing valves 11 and 12, compression proceeds (Fig. 2a), then the piston freezes at TDC, followed by ignition. The resulting gases (shown in Fig. 2b by arrows), from the combustion chamber, after the exhaust valve 12 is opened, through the collector 13 enter the blades 10 of the turbine 8, where exhaust and work take place simultaneously. As a result of combining exhaust and doing work in one cycle, the cycle is completed in one revolution of track 4 in 360°. During the same revolution, the piston 6 makes one movement from TDC to BDC and the next movement from BDC to TDC. It is noteworthy that in this design there is a separate suction stroke and a separate compression stroke, and the exhaust and power stroke are performed simultaneously. Such processes can also occur in other piston groups 6 in any order, that is, in all cylinders 2 of each specific internal combustion engine or individual cylinders 2 of the same internal combustion engine. In other words, one cylinder 2, two cylinders, or N-th number of cylinders can work.

То, что поршень 6, при достижении ВМТ или НМТ, остается в этом положении на интервал в, примерно, по 80° (из цикла 360°), позволяет осуществить продувку камеры сгорания и наполнение цилиндра 2 новым зарядом, без остаточных газов. Уникальным является также и порядок протекания тактов в предлагаемой конструкции: это всасывание, сжатие, потом выхлоп и одновременно рабочий такт.The fact that piston 6, when reaching TDC or BDC, remains in this position for an interval of approximately 80° (from a cycle of 360°), allows the combustion chamber to be purged and cylinder 2 to be filled with a new charge, without residual gases. The order of cycles in the proposed design is also unique: it is suction, compression, then exhaust and at the same time a working cycle.

Уникальность данного ДВС также в том что, после воспламенения заряда, выделение тепла и получение энергии, в случае наличия в конструкции разделенной камеры сгорания протекает при постоянном объеме.The uniqueness of this internal combustion engine also lies in the fact that, after the charge is ignited, the release of heat and energy production, if there is a divided combustion chamber in the design, proceeds at a constant volume.

В заявляемом двигателе, криволинейная дорожка 4 заменяет и позволяет упразднить коленвал, шатун, распредвал и другие подвижные детали, участвующие в процессе превращения кинетической энергии заряда в механическую работу ДВС, таким образом, за счет этого двигатель имеет меньшую массу и более простое устройство с увеличенным ресурсом работы, так как уменьшается количество поверхностей трения. Также повышенный ресурс обеспечивается благодаря тому, что поршень, двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно к ВМТ, совершает полный цикл за один оборот дорожки 4, а также благодаря возможности периодического отключения отдельных поршневых групп (например, при работе двигателя на холостом ходу), что, в свою очередь, позволяет уменьшить расход топлива.In the proposed engine, the curved track 4 replaces and allows you to eliminate the crankshaft, connecting rod, camshaft and other moving parts involved in the process of converting the kinetic energy of the charge into the mechanical work of the internal combustion engine, thus, due to this, the engine has less weight and a simpler device with an increased resource work, as the number of friction surfaces is reduced. Also, an increased resource is provided due to the fact that the piston, moving from TDC to BDC and back to TDC, completes a full cycle in one revolution of track 4, and also due to the possibility of periodically switching off individual piston groups (for example, when the engine is idling), which , in turn, reduces fuel consumption.

Таким образом, стоящая перед автором задача, выполнена.Thus, the task facing the author is completed.

Claims (1)

Турбопоршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндрического вала, на одном конце которого прикреплен ротор турбины, на другом конце вала прикреплен маховик, сверху которого смонтирована криволинейная дорожка, представляющая собой цилиндр, у которого один торец ровный, а другой торец имеет две плоскости: нижнюю и верхнюю, переход между которыми осуществляется по кривой линии, сверху дорожки установлен шток поршня, с возможностью перемещения по двум ее плоскостям, таким образом, поршень имеет возможность перемещаться вверх и вниз в цилиндре, над которым закреплена головка с клапанами.Turbo piston internal combustion engine, consisting of a cylindrical shaft, at one end of which a turbine rotor is attached, at the other end of the shaft a flywheel is attached, on top of which a curved track is mounted, which is a cylinder, in which one end is even, and the other end has two planes: lower and upper, the transition between which is carried out along a curved line, a piston rod is installed on top of the track, with the ability to move along its two planes, so the piston can move up and down in the cylinder, above which the head with valves is fixed.
RU2022127080A 2022-10-19 Turbine piston internal combustion engine RU2800634C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800634C1 true RU2800634C1 (en) 2023-07-25

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1055981A (en) * 1990-04-27 1991-11-06 刘俊如 Three-stroke engine with mutually scavenging three cylinders
US5215045A (en) * 1992-07-08 1993-06-01 Ivan Vadnjal Cam drive internal combustion engine
RU2043525C1 (en) * 1992-11-27 1995-09-10 Георгий Ильич Смирнов Internal combustion engine
US5803041A (en) * 1996-03-27 1998-09-08 Motakef; Ardeshir Rotary engine
DE102005039609A1 (en) * 2004-08-25 2006-07-13 Iskakov, Erik, Dipl.-Ing. Engine has at least one piston and/or component, connected to it to undergo oscillating movement during lifting movement of piston, interacting with endless guide track to simultaneously maintain rotational movement
CN101033712A (en) * 2006-03-08 2007-09-12 方洪伟 Concave-convex rotary engine
CN103089425A (en) * 2011-10-27 2013-05-08 胡三杰 Integrated annular curved slideway engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1055981A (en) * 1990-04-27 1991-11-06 刘俊如 Three-stroke engine with mutually scavenging three cylinders
US5215045A (en) * 1992-07-08 1993-06-01 Ivan Vadnjal Cam drive internal combustion engine
RU2043525C1 (en) * 1992-11-27 1995-09-10 Георгий Ильич Смирнов Internal combustion engine
US5803041A (en) * 1996-03-27 1998-09-08 Motakef; Ardeshir Rotary engine
DE102005039609A1 (en) * 2004-08-25 2006-07-13 Iskakov, Erik, Dipl.-Ing. Engine has at least one piston and/or component, connected to it to undergo oscillating movement during lifting movement of piston, interacting with endless guide track to simultaneously maintain rotational movement
CN101033712A (en) * 2006-03-08 2007-09-12 方洪伟 Concave-convex rotary engine
CN103089425A (en) * 2011-10-27 2013-05-08 胡三杰 Integrated annular curved slideway engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5228415A (en) Engines featuring modified dwell
US7556014B2 (en) Reciprocating machines
US4608951A (en) Reciprocating piston engine
WO2006099106A2 (en) Double piston cycle engine
US3895620A (en) Engine and gas generator
RU2800634C1 (en) Turbine piston internal combustion engine
KR101135847B1 (en) Three-stroke internal combustion engine
RU2525995C2 (en) Internal combustion engine
US5749262A (en) Crank mechanism
RU2665766C2 (en) One-stroke internal combustion engine
RU2737461C1 (en) Dual-action internal combustion engine
RU2074967C1 (en) Rotary engine
RU192253U1 (en) Four-stroke ball six-section internal combustion engine
SU1444548A1 (en) Piston-type i.c. engine
WO2015088347A1 (en) Combustion engine comprising a cylinder
RU2053392C1 (en) Internal combustion engine
RU221147U1 (en) Actuator mechanism of internal combustion engine
RU221777U1 (en) Gear actuator of an internal combustion engine
RU2680913C1 (en) Spherical internal combustion engine
RU2084665C1 (en) Internal combustion engine
RU2374454C2 (en) Design of piston machine and method of designing its working chamber for thermodynamic cycle
RU2231657C2 (en) Two-stroke internal combustion engine
UA147517U (en) LEVER-CRANKSHAFT MECHANISM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2564725C2 (en) Four-stroke crankless piston heat engine with opposed cylinders
RU2484270C2 (en) Internal combustion engine