RU2808706C1

RU2808706C1 - Internal combustion engine design

Info

Publication number: RU2808706C1
Application number: RU2023114951A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Сергеев
Original assignee: Александр Николаевич Сергеев
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2023-12-01

Abstract

FIELD: internal combustion engines.

SUBSTANCE: internal combustion engine contains a working cylinder (1) with a working piston (2), a compressor piston (15) with a compressor cylinder (12) kinematically connected to it, and a combustion chamber (5) with a spark plug (7). The annular channel (18) is made around the combustion chamber (5) and is connected to it by small channels (9). The annular channel (18) is connected to the channel (20) for supplying the air-fuel mixture from the compressor cylinder (12). Around the combustion chamber (5) there is a second annular channel (26) connected to the working cylinder (1) by two or more channels (27) spaced evenly around the circumference of the annular channel. The axes of these channels (27) are inclined towards the axis of the working cylinder (1). The second annular channel (26) is connected to the compressor cylinder (12) by an additional channel (28). The additional channel (28) is equipped with a valve (30) with a controlled drive (31) and a reed check valve (29). The channel (28) connecting the compressor cylinder (12) with the second annular channel (26) has a larger diameter than the channel (20) connecting the compressor cylinder (12) with the first annular channel (18).

EFFECT: increasing the stability of engine operation at power modes and at maximum power mode.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при производстве и эксплуатации двигателей для транспортных средств.The invention relates to engine building and can be used in the production and operation of engines for vehicles.

Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ 2740663, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания, с двумя кольцевыми каналами вокруг камеры сгорания. Причем первый кольцевой канал связан с ней малыми каналами, а второй кольцевой канал соединен с рабочим цилиндром двумя или более каналами, расположенными равномерно по окружности этого кольцевого канала, оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра. Оба кольцевых канала соединены с компрессорным цилиндром каналами, снабженными обратными клапанами. Оба кольцевых канала соединены с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра через переключатель, обеспечивающий возможность открытия одного из каналов при одновременном закрытии второго канала.An internal combustion engine is known according to RF patent 2740663, containing a working cylinder with a working piston, a compressor piston kinematically connected to it with a compressor cylinder, a combustion chamber with a spark plug, with two annular channels around the combustion chamber. Moreover, the first annular channel is connected to it by small channels, and the second annular channel is connected to the working cylinder by two or more channels located evenly around the circumference of this annular channel, the axes of these channels are inclined towards the axis of the working cylinder. Both annular channels are connected to the compressor cylinder by channels equipped with check valves. Both annular channels are connected to the channel for supplying the air-fuel mixture from the compressor cylinder through a switch that makes it possible to open one of the channels while simultaneously closing the second channel.

Известный двигатель обеспечивает работу двигателя на всех режимах за счет качественного формирования топливо-воздушной смеси (ТВС) от режима холостого хода до режима максимальной мощности в рабочем цилиндре. Однако в случае неисправности работы штока в положении, перекрывающем канал, ведущий в первый кольцевой канал, ТВС будет поступать только во второй кольцевой канал, в этом случае во втором кольцевом канале в при электродных зонах будет образовываться преобедненная смесь, которая не сможет воспламеняться, и двигатель перестанет работать.The known engine ensures engine operation in all modes due to the high-quality formation of the fuel-air mixture (FA) from idle mode to maximum power mode in the working cylinder. However, in the event of a malfunction of the rod in a position blocking the channel leading to the first annular channel, the fuel assembly will flow only into the second annular channel, in this case a lean mixture will form in the second annular channel in the electrode zones, which will not be able to ignite, and the engine will stop working.

Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ 2718463, который принят за прототип, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания, с кольцевым каналом вокруг камеры сгорания, связанным с ней малыми каналами. Кольцевой канал соединен с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра. Вокруг камеры сгорания выполнен второй кольцевой канал, соединенный с рабочим цилиндром двумя или более каналами, расположенными равномерно по окружности кольцевого канала, причем оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра, второй кольцевой канал соединен с компрессорным цилиндром дополнительным каналом, который снабжен клапаном с управляемым приводом и лепестковым обратным клапаном.An internal combustion engine is known according to RF patent 2718463, which is adopted as a prototype, containing a working cylinder with a working piston, a compressor piston kinematically connected to it with a compressor cylinder, a combustion chamber with a spark plug, with an annular channel around the combustion chamber connected to it by small channels. The annular channel is connected to the channel for supplying the air-fuel mixture from the compressor cylinder. A second annular channel is made around the combustion chamber, connected to the working cylinder by two or more channels located evenly around the circumference of the annular channel, and the axes of these channels are inclined towards the axis of the working cylinder, the second annular channel is connected to the compressor cylinder by an additional channel, which is equipped with a controlled valve drive and reed check valve.

Конструкция двигателя но прототипу обеспечивает равномерное распределение ТВС в камере сгорания и рабочем цилиндре.The design of the prototype engine ensures uniform distribution of fuel assemblies in the combustion chamber and working cylinder.

Однако при работе двигателя по прототипу, при одинаковом внутреннем диаметре каналов, соединяющих компрессорный цилиндр с камерой сгорания и рабочим цилиндром, двигатель не может выйти на режим максимальной мощности. При полностью открытом канале, соединяющем компрессорный цилиндр с рабочим цилиндром, при увеличении подачи богатой ТВС в рабочий цилиндр, одновременно увеличивается подача богатой ТВС в камеру сгорания, что может привести к формированию обогащенной ТВС в камере сгорания, которая перестает поджигаться и приведет к остановке работы двигателя.However, when the engine operates according to the prototype, with the same internal diameter of the channels connecting the compressor cylinder to the combustion chamber and the working cylinder, the engine cannot reach maximum power. When the channel connecting the compressor cylinder to the working cylinder is completely open, with an increase in the supply of rich fuel assemblies to the working cylinder, the supply of rich fuel assemblies to the combustion chamber simultaneously increases, which can lead to the formation of rich fuel assemblies in the combustion chamber, which stops igniting and will lead to engine shutdown .

Поэтому технический результат предлагаемого двигателя: повышение стабильности его работы и повышения КПД за счет обеспечения стабильной работы двигателя на мощностных режимах и режиме максимальной мощности.Therefore, the technical result of the proposed engine is: increasing the stability of its operation and increasing efficiency by ensuring stable operation of the engine at power modes and maximum power mode.

Этот результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром и камеру сгорания со свечой зажигания. Вокруг камеры сгорания выполнен кольцевой канал, связанный с ней малыми каналами. Кольцевой канал соединен с каналом подачи ТВС из компрессорного цилиндра. Вокруг камеры сгорания под первым кольцевым каналом выполнен второй кольцевой канал, соединенный с рабочим цилиндром двумя или более каналами, которые расположены равномерно по окружности второго кольцевого канала. Оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра. Второй кольцевой канал соединен с компрессорным цилиндром дополнительным каналом, который снабжен клапаном с управляемым приводом и лепестковым обратным клапаном. В отличие от прототипа, канал, соединяющий компрессорный цилиндр со вторым кольцевым каналом, имеет больший диаметр, чем канал, соединяющий компрессорный цилиндр с первым кольцевым каналом.This result is achieved by the fact that the internal combustion engine contains a working cylinder with a working piston, a compressor piston with a compressor cylinder kinematically connected to it, and a combustion chamber with a spark plug. There is an annular channel around the combustion chamber connected to it by small channels. The annular channel is connected to the fuel assembly supply channel from the compressor cylinder. Around the combustion chamber, under the first annular channel, a second annular channel is made, connected to the working cylinder by two or more channels that are evenly spaced around the circumference of the second annular channel. The axes of these channels are inclined towards the axis of the working cylinder. The second annular channel is connected to the compressor cylinder by an additional channel, which is equipped with a valve with a controlled drive and a reed check valve. Unlike the prototype, the channel connecting the compressor cylinder with the second annular channel has a larger diameter than the channel connecting the compressor cylinder with the first annular channel.

Предлагаемый двигатель обеспечивает подачу дополнительной ТВС при мощностном режиме работы непосредственно в рабочий цилиндр в большем объеме, чем в камеру сгорания. Вследствие этого в объеме рабочего цилиндра и камеры сгорания образуется однородная, близкая по составу гомогенная смесь, которая хорошо воспламеняется и быстро сгорает, что обеспечивает двигателю бесперебойную работу и повышает ею КПД.The proposed engine provides the supply of additional fuel assemblies during power operation directly into the working cylinder in a larger volume than into the combustion chamber. As a result, a homogeneous, homogeneous mixture of similar composition is formed in the volume of the working cylinder and combustion chamber, which ignites well and burns quickly, which ensures uninterrupted operation of the engine and increases its efficiency.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания и способ управления им иллюстрируются чертежом фиг.1, где показана общая схема конструкции двигателя по прототипу с добавленными признаками предлагаемой конструкции двигателя.The proposed internal combustion engine and the method of controlling it are illustrated in drawing 1, which shows the general design of the prototype engine with added features of the proposed engine design.

Предлагаемый двигатель работает, а способ управления им осуществляется следующим образом. Так же, как и в прототипе, шток 3 рабочего поршня 2 кинематически связан со штоком 22 компрессорного поршня 15. По прототипу компрессорный поршень 15 опережает движение рабочего поршня 2 на 90°. Впрыск ТВС в камеру сгорания 5 осуществляется при положении рабочего поршня 2 в рабочем цилиндре 1 выше впускного окна 25 и выпускного окна 32. В режиме холостого хода и малых нагрузок так же, как и в двигателе по прототипу, топливо может поступать в полость 8 компрессорного цилиндра 12 от устройств 11 или 21 для подачи топлива через каналы подачи воздуха 10 и 14 и через канал 13 через лепестковые клапаны 24. При движении поршня 15 компрессорного цилиндра 12 вверх в полости 8 растет давление и увеличивается температура смеси топлива с воздухом - происходит гомогенизация ТВС. При достижении давления, заданного пружиной 16, расположенной в головке 23 компрессорного цилиндра 12, клапан отсечки 17 откроется и через канал 20 и лепестковый клапан 19 ТВС попадает в первый кольцевой канал 18, расположенный вокруг камеры сгорания 5 и форкамеры 6 в головке 4 рабочего цилиндра 1. Через радиальные каналы 9 ТВС поступает в камеру сгорания 5 и форкамеру 6. При возбуждении искры на электроде свечи зажигания 7 ТВС воспламеняется - происходит рабочий ход рабочего поршня 2.The proposed engine operates, and the method of controlling it is as follows. Just as in the prototype, the rod 3 of the working piston 2 is kinematically connected to the rod 22 of the compressor piston 15. According to the prototype, the compressor piston 15 advances the movement of the working piston 2 by 90°. Injection of fuel assemblies into the combustion chamber 5 is carried out when the position of the working piston 2 in the working cylinder 1 is above the inlet window 25 and the exhaust window 32. In idle mode and at low loads, just as in the prototype engine, fuel can enter the cavity 8 of the compressor cylinder 12 from devices 11 or 21 for supplying fuel through air supply channels 10 and 14 and through channel 13 through reed valves 24. When the piston 15 of the compressor cylinder 12 moves upward in the cavity 8, the pressure increases and the temperature of the fuel-air mixture increases - homogenization of the fuel assembly occurs. When the pressure set by the spring 16 located in the head 23 of the compressor cylinder 12 is reached, the shut-off valve 17 will open and through the channel 20 and the petal valve 19 the fuel assembly enters the first annular channel 18 located around the combustion chamber 5 and the prechamber 6 in the head 4 of the working cylinder 1 Through the radial channels 9, the fuel assembly enters the combustion chamber 5 and the prechamber 6. When a spark is excited at the electrode of the spark plug 7, the fuel assembly ignites - the working stroke of the working piston 2 occurs.

При мощностном режиме работы, чтобы устранить возможность расслоения заряда ТВС или чрезмерного ее обогащения в камере сгорания 5 и ухудшения стабильности работы двигателя, по предлагаемому варианту двигателя, в отличие от прототипа, дополнительную порцию ТВС подают в рабочий цилиндр 1 в большем объеме за счет увеличения диаметра сечения канала 28. Поскольку ТВС впрыскивается в камеру сгорания 5 и в рабочий цилиндр 1 одновременно при положении рабочего поршня 2, при котором рабочий поршень 2 полностью перекрывает впускное окно 25 и выпускное окно 32, то дополнительная, увеличенная в отличие от прототипа порция ТВС, вводимая в рабочий цилиндр 1, распределится в нем, образуя гомогенную однородную по составу в общем объеме ТВС.In power mode of operation, in order to eliminate the possibility of stratification of the fuel assembly charge or its excessive enrichment in the combustion chamber 5 and deterioration of engine stability, according to the proposed engine version, in contrast to the prototype, an additional portion of the fuel assembly is supplied to the working cylinder 1 in a larger volume due to an increase in diameter cross-section of channel 28. Since the fuel assembly is injected into the combustion chamber 5 and into the working cylinder 1 simultaneously at the position of the working piston 2, in which the working piston 2 completely covers the inlet window 25 and the outlet window 32, then an additional portion of the fuel assembly, increased in contrast to the prototype, is injected into working cylinder 1, will be distributed in it, forming a homogeneous fuel assembly, homogeneous in composition in the total volume.

Распределение смеси в рабочем цилиндре, как и в прототипе, будет распределяться за счет второго кольцевого канала 26 и равномерно расположенных, наклоненных в сторону оси рабочего цилиндра 1 каналов 27. Количество ТВС, подаваемое в рабочий цилиндр 1, регулируют, управляя продолжительностью ее подачи с помощью клапана 30 с регулируемым приводом 31. Лепестковый клапан 29 устраняет возможность обратного перемещения ТВС в случае, если давление в рабочем цилиндре 1 при сжатии превысит давление в полости 8 компрессорного цилиндра 12. При переходе на режим холостого хода или малых нагрузок подачу ТВС в рабочий цилиндр 1 прекращают, выключая привод 31 клапана 30. В качестве клапана 30 с управляемым приводом 31 может быть применен электромагнитный клапан любой известной конструкции.The distribution of the mixture in the working cylinder, as in the prototype, will be distributed due to the second annular channel 26 and evenly spaced, inclined towards the axis of the working cylinder 1 channels 27. The amount of fuel assemblies supplied to the working cylinder 1 is regulated by controlling the duration of its supply using valve 30 with an adjustable drive 31. The reed valve 29 eliminates the possibility of reverse movement of the fuel assembly if the pressure in the working cylinder 1 during compression exceeds the pressure in the cavity 8 of the compressor cylinder 12. When switching to idle mode or light loads, the fuel assembly is supplied to the working cylinder 1 is stopped by turning off the drive 31 of the valve 30. An electromagnetic valve of any known design can be used as a valve 30 with a controlled drive 31.

Таким образом, предлагаемый вариант конструкции двигателя и способ управления им обеспечивают технический результат, заключающийся в повышении стабильности работы двигателя. Предлагаемый двигатель может быть изготовлен с помощью известных в технике и применяемых в двигателестроении оборудования, технологий и материалов. Следовательно, предлагаемый двигатель и способ управления им обладают промышленной применимостью.Thus, the proposed version of the engine design and the method of controlling it provide a technical result consisting in increasing the stability of the engine. The proposed engine can be manufactured using equipment, technologies and materials known in the art and used in engine building. Consequently, the proposed engine and its control method have industrial applicability.

Claims

An internal combustion engine comprising a working cylinder with a working piston, a compressor piston kinematically connected to it with a compressor cylinder, a combustion chamber with a spark plug, with an annular channel around the combustion chamber connected to it by small channels, wherein the annular channel is connected to the channel for supplying the fuel-air mixture from compressor cylinder, a second annular channel is made around the combustion chamber, connected to the working cylinder by two or more channels located evenly around the circumference of the annular channel, and the axes of these channels are inclined towards the axis of the working cylinder, the second annular channel is connected to the compressor cylinder by an additional channel, which is equipped a valve with a controlled drive and a reed check valve, characterized in that the channel connecting the compressor cylinder with the second annular channel has a larger diameter than the channel connecting the compressor cylinder with the first annular channel.