RU2564736C2

RU2564736C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2564736C2
Application number: RU2013122857/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Андреевич Гребнев
Original assignee: Юрий Андреевич Гребнев
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2015-10-10
Also published as: RU2013122857A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to propulsion engineering, particularly, to ICE production. Engine comprises hollow rod to couple the pistons in diameter equal to that of the piston and provided with zigzag-like closed grooves of rectangular cross-section on both sides of a long bore to receive inlet pipe at its central part for rollers to contact with rollers fitted in hubs of conical gears coaxial therewith to run in rolling bearings. Said conical bearings are engaged with the third conical gear to transmit torque to power takeoff shaft. Outer surface of piston bottom-intake valve is provided with shaped ledge aligned with cylinder axis to make a supersonic nozzle with prechamber outlet bore at the moment of ignition to add to reliability of the assy. Application of fundamentally new process of compressor-less supercharging ups the ICE output and efficiency.

EFFECT: air cooling of ribbed sleeves displacing across the flow at exhaust stroke ups the cooling efficiency and strength of sleeves and decreases the ICE total weight.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относятся к двигателестроению, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) преимущественно для легкомоторной авиации, а также автомобилей, сельхозмашин, и других машин, требующих мощного автономного привода небольшого веса.The invention relates to engine building, in particular to the creation of internal combustion engines (hereinafter ICE) mainly for light aircraft, as well as automobiles, agricultural vehicles, and other machines requiring a powerful stand-alone drive of low weight.

Известен ДВС по патенту России №2032820 (приоритет от 21.07.1992), содержащий оппозитно расположенные цилиндры, в которых перемещаются поршни, соединенные общим полым штоком, а открытие-закрытие впускных и выпускных отверстий в полости цилиндра осуществляется за счет перемещения поршня относительно штока и гильзы цилиндра относительно его головки. Однако недостатком конструкции этого ДВС является перенос боковых нагрузок в паре поршень - цилиндр на рольганги, а не полная их ликвидация.The ICE is known according to Russian patent No. 2032820 (priority from 07/21/1992), containing opposed cylinders in which pistons are connected by a common hollow rod, and the opening and closing of the inlet and outlet openings in the cylinder cavity is carried out by moving the piston relative to the rod and sleeve cylinder relative to its head. However, the design drawback of this internal combustion engine is the transfer of lateral loads in the piston-cylinder pair to the roller tables, and not their complete elimination.

Известен также ДВС по заявке №2011125545 (приоритет от 23.06.2011, дата публикации 27.12.2012), в котором осевая сила на штоке от поршней преобразуется в два равных и противоположно направленных момента вокруг оси штока на паре конических шестерен, вращающихся в противоположных направлениях, что обеспечивает взаимоуничтожение реакций на штоке и полную ликвидацию боковых нагрузок в паре поршень - цилиндр. Равенство диаметров штока и поршней обеспечило снижение потерь давления воздуха во время такта всасывания. Недостатком этой конструкции является наличие трения скольжения в паре шарик - ступица конической шестерни, увеличивающая нерациональные потери энергии и износ сопрягаемых деталей, а также нежелательное колебательное перемещение массы газа во внутренней полости штока.ICE is also known by application No. 2011125545 (priority date 06/23/2011, publication date 12/27/2012), in which the axial force on the rod from the pistons is converted into two equal and oppositely directed moments around the axis of the rod on a pair of bevel gears rotating in opposite directions, which provides mutual annihilation of reactions on the rod and complete elimination of lateral loads in the piston-cylinder pair. The equality of the diameters of the rod and pistons ensured a reduction in air pressure losses during the suction stroke. The disadvantage of this design is the presence of sliding friction in a pair of ball-hub of a bevel gear, which increases irrational energy losses and wear of mating parts, as well as undesirable oscillatory movement of the gas mass in the inner cavity of the rod.

Кроме этого, известен способ наддува в цилиндр ДВС и устройство для его осуществления по заявке №2011138666 (приоритет от 20.09.2011, дата публикации 27.03.2013), которые устранили колебательное перемещение газа во внутренней полости штока и обеспечили возможность наддува предварительно сжатого воздуха в цилиндр ДВС за счет создания в камере предварительного сжатия первой порции сжатого воздуха во время рабочего хода и второй порции во время такта впуска с помощью утилизации остаточной энергии выхлопных газов, а изменение конструкции поршневого наконечника позволило существенно увеличить диаметр впускного клапана при снижении массы подвижных деталей.In addition, there is a known method of pressurization in an internal combustion engine cylinder and a device for its implementation according to application No. 20111138666 (priority date 09/20/2011, publication date 03/27/2013), which eliminated the oscillatory movement of gas in the inner cavity of the rod and made it possible to pressurize pre-compressed air into the cylinder ICE due to the creation in the chamber of preliminary compression of the first portion of compressed air during the stroke and the second portion during the intake stroke by utilizing the residual energy of the exhaust gases, and changing the design of the piston piston nechnika possible to significantly increase the diameter of the intake valve while reducing the weight of moving parts.

Прототипом изобретения является ДВС по заявке №2011138666 от 20.08.2011. The prototype of the invention is ICE according to the application No. 20111138666 from 08.20.2011.

Заявляемый ДВС содержит корпус с оппозитно расположенными цилиндрами и головками, поршни, соединенные между собой полым штоком равного диаметра, на наружной поверхности которого образованы замкнутые зигзагообразные канавки, связывающие шток через подвижное соединение с двумя коническими шестернями, на тыльной 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, жестко и герметично сочлененные с центральной частью, воздухопровод, герметично соединенный с поперечным патрубком, размещенным внутри штока с коническим переходом на его внутренний диаметр с обратным клапаном, цилиндр предварительного сжатия с обратным клапаном, вихреобразователь на выходе из камеры предварительного сжатия, форкамеру со сверхзвуковым кольцевым соплом, искровую систему зажигания, оснащенную бесконтактными датчиками магнитного типа и улиткообразными выпускными коллекторами.The inventive internal combustion engine contains a housing with opposed cylinders and heads, pistons interconnected by a hollow rod of equal diameter, on the outer surface of which closed zigzag grooves are formed, connecting the rod through a movable connection with two bevel gears, on the back of which protrusions contacting through the pushers are formed with a mechanism for diverting the cylinder liner to the opening position of the exhaust valve, interconnected by a third gear that transmits torque to the exhaust shaft power, piston tips with a power bottom at both ends of the stem rigidly and hermetically connected to the central part, an air duct sealed to a transverse nozzle located inside the stem with a tapered transition to its internal diameter with a check valve, a pre-compression cylinder with a check valve, a vortex generator at the outlet of the precompression chamber, a prechamber with a supersonic annular nozzle, a spark ignition system equipped with proximity sensors of magnetic type and cochlear exhaust manifolds.

Задачей изобретения является замена трения скольжения в паре шарик - ступица конической шестерни на трение качения при одновременном снижении удельных нагрузок в узле шток - ролик - ступица конической шестерни.The objective of the invention is the replacement of sliding friction in a pair of ball-hub of the bevel gear by rolling friction while reducing specific loads in the rod-roller-hub hub of the bevel gear.

Другой задачей было повышение надежности конструкции кольцевого сопла и упрощение, а также облегчение конструкции поршневого наконечника при одновременном повышении его надежности и улучшении газодинамических характеристик.Another objective was to increase the reliability of the design of the annular nozzle and simplify, as well as facilitate the design of the piston tip while increasing its reliability and improving gas-dynamic characteristics.

Кроме того, изменение конструкции механизма отвода гильз цилиндров уменьшило количество деталей и снизило его вес. Применение воздушного охлаждения гильз цилиндров, совершающих возвратно-поступательное движение во время хода выхлопа, реализует существенное повышение эффективности ее охлаждения за счет турбулизации пограничного слоя на оребрении гильз во время такта выхлопа (в наиболее теплонапряженный момент) при одновременном повышении прочности гильз и снижении общего веса ДВС. Выполнение корпуса из трех частей повышает его жесткость и удобство монтажа подвижных механизмов.In addition, a change in the design of the cylinder liner retraction mechanism reduced the number of parts and reduced its weight. The use of air cooling of cylinder liners, reciprocating during the course of the exhaust, realizes a significant increase in the efficiency of its cooling due to the turbulence of the boundary layer on the fins of the liners during the exhaust stroke (at the most heat-stressed moment) while increasing the liner strength and reducing the total weight of the internal combustion engine . The execution of the body of three parts increases its rigidity and ease of installation of movable mechanisms.

Решение поставленных задач достигается тем, что в известном ДВС (заявка №2011138666 от 20.09.2011) согласно изобретению поперечное сечение зигзагообразных канавок выполняется прямоугольным, а сопрягающие ролики диаметром, равным ширине зигзагообразных канавок, смонтированы в ступицах каждой шестерни на роликовом или игольчатом подшипнике так, что оба противоположных ролика расположены на одной оси, совпадающей с внутренним диаметром ступицы, а внешняя поверхность дна поршней - впускных клапанов оснащена соосным оси цилиндра профилированным выступом, образующим в момент зажигания совместно с критическим отверстием форкамеры кольцевое сверхзвуковое сопло. Корпус выполнен в виде центральной силовой части с перемычками, в которых предусмотрены отверстия для прохода силовой части штоков и гнезда для размещения подшипников разрезного вала отбора мощности, боковые стенки которого герметично закрываются двумя крышками, в каждой из которых образованы приливы для размещения подшипников качения конических шестерен каждого цилиндра, на тыльной стороне каждой из которых выполнено по одному профилированному выступу, контактирующему в заданный момент с толкателем, взаимодействующим с механизмом отвода гильзы цилиндра - выпускного клапана.The solution of the tasks is achieved by the fact that in the well-known ICE (application No. 20111138666 from 09/20/2011) according to the invention, the cross section of the zigzag grooves is rectangular, and the mating rollers with a diameter equal to the width of the zigzag grooves are mounted in the hubs of each gear on a roller or needle bearing so that both opposite rollers are located on one axis coinciding with the inner diameter of the hub, and the outer surface of the bottom of the pistons - inlet valves is equipped with a coaxial cylinder axis profiled in a mortar, at the time of forming the plugs in conjunction with a critical orifice prechamber annular supersonic nozzle. The housing is made in the form of a central power unit with jumpers in which holes are provided for passage of the power unit of the rods and sockets for accommodating the bearings of the split power take-off shaft, the side walls of which are hermetically closed by two covers, in each of which tides are formed to accommodate the rolling bearings of the bevel gears of each cylinders, on the back of each of which one profiled protrusion is made, which contacts at a given moment with a pusher interacting with the mechanism cylinder liner outlet valve.

На фиг. 1 приведен продольный разрез четырехцилиндрового ДВС (с нумерацией цилиндров). В цилиндре №1 - начало выхлопа; в №2 - начало рабочего хода; в №3 - конец сжатия; в №4 - конец впуска. На фиг. 2 - продольный разрез поршневого наконечника (М=1:1) - левая сторона: конец впуска - все клапаны открыты; правая сторона: начало сжатия - все клапаны закрыты.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a four-cylinder internal combustion engine (with cylinder numbering). In the cylinder number 1 - the beginning of the exhaust; in No. 2 - the beginning of the working course; in No. 3 - the end of compression; in No. 4 - the end of the inlet. In FIG. 2 - longitudinal section of the piston tip (M = 1: 1) - left side: end of the inlet - all valves are open; right side: start of compression - all valves are closed.

Двигатель состоит из силового корпуса 1, изготовленного из легкого сплава с внутренними перемычками 2, двух боковых крышек 3, на внутренней поверхности которых образованы по два гнезда 4 для размещения подшипников качения, конических шестерен 5, сопрягаемых между собой двухсторонней шестерней 6 основного вала отбора мощности 7, смонтированного на двух подшипниках качения 8, размещенных в гнездах 9 центральной части перемычек корпуса, двух силовых штоков 10, которые проходят сквозь отверстия в обоих перемычках, жестко соединенных с поршневыми наконечниками 11, а на внешней поверхности силовых штоков по обе стороны от продолговатого отверстия 12 образованы пара или несколько пар замкнутых зигзагообразных канавок 13 прямоугольного поперечного сечения, амплитуда отклонений которых от плоскости симметрии, нормальной оси штока, равна половине хода штока, сочлененных с шестернями 5 с помощью роликов 14, смонтированных в ступицах шестерен на подшипниках качения 15, подвижного в осевом направлении дна поршня - впускного клапана 16 с профилированным выступом 17 на внешней поверхности вдоль его оси, который закрывает камеру предварительного сжатия 18 с обратным клапаном 19 и пружиной 26 во внутренней полости поршневого наконечника подвижным подпружиненным седлом 20 и вихреобразователем 21 на выходе из нее, силового дна 22, крышкой пневмодемпфера 23 и отверстиями 24 в них для прохода воздуха, пневмодемпфера 25, двухканальных воздуховодов 27, проходящих сквозь продолговатые отверстия в штоках, герметично соединенных с поперечными патрубками 28 с коническим переходом на внутренний диаметр штока, снабженными уплотнениями 29, работающими на давление и разрежение, и обратными клапанами 30, цилиндров предварительного сжатия 31, головок цилиндров 32 с основаниями 33, снабженных оребрением 34 воздушного охлаждения и гнездами 35 вдоль оси цилиндров для размещения форкамер 36 и свечей зажигания 37, улиткообразных выхлопных коллекторов 38, гильз цилиндров 39 с внешним оребрением, каждая из которых подвешена коаксиально штоку на пружинных диафрагмах 40 и зажата между теплозащитным экраном 41 со стороны выпускной щели и крышками 3 корпуса на заданном расстоянии от опорных плоскостей с помощью стяжек 42, механизмов отвода гильз цилиндров 43, шарнирно закрепленных в донной части по обе стороны наружного диаметра гильзы 39, толкателей 44 с роликами, выступов заданного профиля 45 на тыльной стороне конических шестерен 5, уплотнения в паре шток - крышка корпуса 46, вторичного вала отбора мощности 47, смонтированного на подшипниках качения 48 в гнездах на задней стенке корпуса и внешней стороне перемычки 2, на котором закреплена сопрягающая шестерня 49, вторичного вала отбора мощности 50, смонтированного на подшипниках качения 51 в гнездах на передней стенке корпуса и внешней стенке перемычки, на котором закреплена сопрягающая шестерня 52, а на переднем конце установлена крыльчатка вентилятора 53, соединяемая с валом управляемой муфтой 54, капота 55, образующего канал охлаждения гильз цилиндров и головок.The engine consists of a power housing 1 made of light alloy with internal jumpers 2, two side covers 3, on the inner surface of which two sockets 4 are formed to accommodate rolling bearings, bevel gears 5, mated to each other by a double-sided gear 6 of the main power take-off shaft 7 mounted on two rolling bearings 8 located in sockets 9 of the central part of the body jumpers, two power rods 10 that pass through holes in both jumpers rigidly connected to the piston tips 11, and on the outer surface of the power rods on either side of the oblong hole 12, a pair or several pairs of closed zigzag grooves 13 of rectangular cross section are formed, the amplitude of deviations of which from the plane of symmetry, the normal axis of the rod, is equal to half the stroke of the rod articulated with gears 5 s using rollers 14 mounted in the hubs of gears on rolling bearings 15, axially movable piston bottom - intake valve 16 with a profiled protrusion 17 on the outer surface along its axis, which closes the pre-compression chamber 18 with a check valve 19 and a spring 26 in the inner cavity of the piston tip with a movable spring-loaded seat 20 and a vortex generator 21 at the outlet of it, the power bottom 22, the cover of the pneumatic damper 23 and the openings 24 in them for air passage, the pneumatic damper 25, two-channel ducts 27 passing through elongated holes in the rods, hermetically connected to the transverse nozzles 28 with a tapered transition to the inner diameter of the rod, equipped with seals 29, working pressure and vacuum, and non-return valves 30, pre-compression cylinders 31, cylinder heads 32 with bases 33, equipped with air-cooling fins 34 and nests 35 along the cylinder axis to accommodate pre-chambers 36 and spark plugs 37, coiled exhaust manifolds 38, cylinder liners 39 with external fins, each of which is suspended coaxially to the rod on the spring diaphragms 40 and is sandwiched between the heat shield 41 from the outlet slit side and the housing covers 3 at a predetermined distance from the reference planes using I have couplers 42, mechanisms for removing cylinder liners 43, pivotally mounted in the bottom on both sides of the outer diameter of the liner 39, pushers 44 with rollers, protrusions of a given profile 45 on the back of bevel gears 5, seals in a pair of rod - housing cover 46, secondary shaft a power take-off 47 mounted on rolling bearings 48 in sockets on the rear wall of the housing and the outer side of the jumper 2, on which the mating gear 49 is fixed, of a secondary power take-off shaft 50 mounted on rolling bearings 51 in the sockets on eredney housing wall and the outer wall of the bridge, on which is fixed mating pinion 52 and mounted on the front end of the fan impeller 53 connected to the shaft controlled clutch 54, the hood 55 forming the cooling cylinder heads and liners channel.

Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.

Как только выступ 45 на тыльной стороне шестерни 5 гильзы 39 цилиндра №1 соприкоснется с роликом толкателя 44, в этом цилиндре начинается такт выхлопа, причем профиль выступа 45 выполняется так, чтобы площадь выхлопной щели обеспечивала расход продуктов сгорания через нее, при котором давление на внешней поверхности дна поршня - впускном клапане 16 реализует до заданного момента осевую силу, при которой разность между этой осевой силой и суммой силы инерции и осевой силы на внутренней поверхности подвижного в осевом направлении дна поршня - впускного клапана 16 была положительной и обеспечивала герметичность камеры предварительного сжатия 18, по достижении заданного момента шестерня 5 поворачивается на угол, при котором профиль выступа 45 увеличивает по заданному закону выхлопную щель, обеспечивая плавное изменение знака вышеупомянутой разности сил на обратный, а шток в этот момент достигает ВМТ и начинает обратное движение, при этом дно поршня - впускной клапан 16 под действием суммарной силы инерции и осевой силы на его внутренней поверхности продолжает движение в прежнем направлении на величину своего хода, открывая впускную щель, а ударные нагрузки парируются пневмодемпфером, при этом гарантировано исключается касание выступа 17 поверхности выходного отверстия форкамеры 36. Улиткообразные выхлопные коллекторы 38 прогрессирующего проходного сечения обеспечивают малые потери давления на выхлопе и дальнейшее адиабатическое расширение продуктов сгорания.As soon as the protrusion 45 on the back side of the gear 5 of the sleeve 39 of the cylinder No. 1 is in contact with the roller of the pusher 44, the exhaust stroke starts in this cylinder, and the profile of the protrusion 45 is made so that the area of the exhaust gap ensures the flow of combustion products through it, at which pressure on the external the surface of the piston bottom — the intake valve 16 realizes up to a given moment an axial force at which the difference between this axial force and the sum of the inertia forces and the axial force on the inner surface of the piston bottom moving in the axial direction is of the valve 16 was positive and ensured the tightness of the pre-compression chamber 18, when the specified moment is reached, the gear 5 rotates by an angle at which the profile of the protrusion 45 increases the exhaust gap according to the given law, providing a smooth change in sign of the aforementioned force difference to the opposite, and the rod at this moment reaches TDC and starts the reverse movement, while the bottom of the piston - intake valve 16 under the action of the total inertia and axial forces on its inner surface continues to move in the same direction occurrence by an amount of its stroke, the inlet opening slit and shock loads pnevmodempferom counteracted, thus guaranteed excluded touch protrusion 17 forehearth outlet surface 36. Ulitkoobraznye exhaust manifolds progressive passage section 38 provide low pressure loss in the exhaust and further adiabatic expansion of the combustion products.

На этом такт выхлопа заканчивается, однако выхлопная щель остается в открытом состоянии до тех пор, пока не прекратится контакт ролика толкателя 44 с выступом 45, что позволяет за счет эжектирования струей, вытекающей из щели камеры предварительного сжатия первой порции воздуха, полностью удалить все продукты сгорания из пространства между головкой цилиндра и внешней поверхностью впускного клапана, а также из форкамеры, обеспечивая получение коэффициента заполнения цилиндра горючей смесью практически равным единице, а также охлаждение элементов конструкции выхлопной щели, дна поршня 16 и коллекторов 38. Для этого используется лишняя масса воздуха, которая при заданной степени сжатия горючей смеси могла вызвать ее несанкционированное самовозгорание.At this point, the exhaust stroke ends, however, the exhaust gap remains open until the contact of the pusher roller 44 with the protrusion 45 is stopped, which allows, by ejection by the jet flowing from the slot of the pre-compression chamber of the first portion of air, to completely remove all combustion products from the space between the cylinder head and the outer surface of the intake valve, as well as from the prechamber, providing a fill factor of the cylinder with a combustible mixture of almost equal to unity, as well as cooling structural elements of the exhaust slit, the bottom of the piston 16 and the manifolds 38. To do this, an excess mass of air is used, which at a given compression ratio of the combustible mixture could cause its unauthorized self-ignition.

После закрытия выхлопной щели начинается такт впуска горючей смеси в цилиндр. В этот момент впускная щель полностью открыта, а шток 10 (пройдя ВМТ) начинает движение в обратном направлении, увлекая за собой остановившееся на ограничителе движения дно поршня - впускной клапан 16. Воздух первой порции, практически не содержащий топлива, выходящий под давлением из камеры предварительного сжатия 18, получает тангенциальную составляющую скорости в вихреобразователе 21 и создает за дном поршня - впускным клапаном 16 пространственное вихревое течение [2] по направлению от впускной щели, вдоль внутренней стенки гильзы 39 цилиндра. По мере отхода поршневого наконечника 11 от внутренней поверхности головки цилиндра 32 вихревое течение растягивается, образуя вдоль оси цилиндра область пониженного давления [2], в которую отсасывается воздух первой порции из форкамеры 36. Как только давление в цилиндре предварительного сжатия станет больше суммарного усилия от давления в камере предварительного сжатия 18 и пружины 26 обратного клапана 19, последний открывается, и газ из цилиндра предварительного сжатия начинает поступать в камеру 18. В этот момент в цилиндр предварительного сжатия впрыскивается распыленное жидкое топливо, которое, попадая в нагретый воздух в результате адиабатического сжатия, начинает интенсивно испаряться, снижая температуру смеси, а после прохода вместе с воздухом через вихреобразователь 21 начинает перемешиваться с воздухом в пространственном вихре (аналогом общеизвестного торнадо). При проходе штоком 10 половины своего хода ускорение его движения в экстремальной точке меняет знак на обратный, и скорость штока начинает уменьшаться, а ускорение торможения возрастать. Однако закрытию клапана 16 препятствует давление газа, поступающего из цилиндра предварительного сжатия в камеру 18, и сила сжатой пружины 26 обратного клапана 19. При приближении штока 10 к НМТ конический раструб поперечного патрубка 24 подходит практически вплотную к крыше демпфера 25 силового дна 22 поршневого наконечника 11 и в этот момент вихревое течение в цилиндре начинает эжектировать из конического раструба и камеры предварительного сжатия 18 остатки газа через еще открытые клапаны 16 и 19. Как только перепад силы давления на обратном клапане 19 станет меньше силы разжима его пружины 26, он закрывается, а ударному закрытию клапана 16 под действием силы инерции препятствует сопротивление демпфера 25. В это время шток 10, пройдя через НМТ, начинает набирать скорость навстречу клапану 16, который преодолев сопротивление демпфера, плавно садится в седло. На этом такт впуска заканчивается.After closing the exhaust gap, the cycle of intake of the combustible mixture into the cylinder begins. At this moment, the inlet slit is fully open, and the stem 10 (having passed the TDC) starts to move in the opposite direction, entraining the piston bottom, the inlet valve 16. The first portion air, practically containing no fuel, leaving the preliminary chamber under pressure of compression 18, receives the tangential velocity component in the vortex generator 21 and creates a spatial vortex flow [2] behind the piston bottom - intake valve 16 in the direction from the intake gap along the cylinder inner wall 39 . As the piston tip 11 moves away from the inner surface of the cylinder head 32, the vortex flow stretches, forming a reduced pressure region [2] along the cylinder axis, into which the air of the first portion is sucked out of the pre-chamber 36. As soon as the pressure in the pre-compression cylinder becomes greater than the total pressure in the pre-compression chamber 18 and the spring 26 of the check valve 19, the latter opens, and gas from the pre-compression cylinder begins to flow into the chamber 18. At this point, in the pre-cylinder In the process of compression, atomized liquid fuel is injected, which, falling into the heated air as a result of adiabatic compression, begins to evaporate intensively, lowering the temperature of the mixture, and after passing through the air through the vortex generator 21 it begins to mix with air in a spatial vortex (an analog of the well-known tornado). When the rod passes 10 half of its stroke, the acceleration of its movement at the extreme point reverses its sign, and the rod speed begins to decrease, and the braking acceleration increases. However, the closing of the valve 16 is prevented by the pressure of the gas coming from the pre-compression cylinder into the chamber 18 and the force of the compressed spring 26 of the non-return valve 19. As the rod 10 approaches the BDC, the conical bell of the transverse pipe 24 fits almost close to the roof of the damper 25 of the power bottom 22 of the piston tip 11 and at this moment the vortex flow in the cylinder begins to eject from the conical socket and the pre-compression chamber 18 the gas residues through the still open valves 16 and 19. As soon as the pressure drop across the check valve not 19 will become less than the expanding force of its spring 26, it closes, and the shock closing of the valve 16 under the action of inertia is prevented by the resistance of the damper 25. At this time, the rod 10, passing through the BDC, starts to pick up speed towards the valve 16, which overcoming the resistance of the damper, smoothly sits in the saddle. At this, the intake stroke ends.

После закрытия клапана 16 начинается такт сжатия горючей смеси в гильзе цилиндра 39 а, как только давление в коническом раструбе поперечного патрубка 28 станет ниже атмосферного, обратный клапан 30 открывается и атмосферный воздух начинает всасываться в цилиндр предварительного сжатия 31.After closing the valve 16, the compression stroke of the combustible mixture in the cylinder liner 39 begins, as soon as the pressure in the conical socket of the transverse pipe 28 becomes lower than atmospheric, the check valve 30 opens and atmospheric air begins to be sucked into the pre-compression cylinder 31.

Из теоремы Гельмгольца [1] следует, что вихревые трубки не могут заканчиваться внутри жидкости (газа), они либо образуют замкнутые кольца, либо опираются на свободную поверхность (что подтверждается опытными данными). Поэтому созданный во время такта впуска вихрь продолжает существовать и во время такта сжатия, интенсивно перемешивая горючую смесь до момента зажигания, обеспечивая ее высокую однородность. При подходе штока 10 к ВМТ профилированный выступ 17 на внешней поверхности дна поршня - впускного клапана 16 начинает образовывать совместно с выходным отверстием форкамеры 36 кольцевое сверхзвуковое сопло. На этом такт сжатия горючей смеси заканчивается.It follows from the Helmholtz theorem [1] that vortex tubes cannot end inside a liquid (gas), they either form closed rings or rest on a free surface (which is confirmed by experimental data). Therefore, the vortex created during the intake stroke continues to exist during the compression stroke, intensively mixing the combustible mixture until ignition, ensuring its high uniformity. When the rod 10 approaches the TDC, the profiled protrusion 17 on the outer surface of the piston bottom — the inlet valve 16 begins to form an annular supersonic nozzle together with the outlet of the pre-chamber 36. At this stage, the compression of the combustible mixture ends.

В заданный момент компюторный блок выдает команду на подачу высокого напряжения на свечу 37, искровой разряд которой поджигает горючую смесь в форкамере 36. Вспыхнувшая смесь в форкамере резко повышает давление в ней, что создает в сверхзвуковом сопле течение, которое отделяется от основного заряда кольцевым прямым скачком пламени, распространяющимся от критического сечения сопла к стенке цилиндра вдоль внешней поверхности дна поршня 16 и внутренней поверхности головки 32 (кратчайшее расстояние до стенки цилиндра), поджигая основной заряд. Начинается рабочий ход штока 10, а одновременно в цилиндре предварительного сжатия 31 начинается сжатие воздуха, в начале которого обратный клапан 30 закрывается, а клапан 19 в камере предварительного сжатия 18 открывается, как только сила давления на клапан 19 преодолеет сопротивление его пружины 26 и воздух начинает поступать в камеру 18. Открытию дна поршня - впускного клапана 16 препятствует весьма значительный перепад давления со стороны полости гильзы 39 рабочего цилиндра.At a given moment, the computer unit gives a command to supply high voltage to the candle 37, the spark discharge of which ignites the combustible mixture in the prechamber 36. The flashed mixture in the prechamber sharply increases the pressure in it, which creates a flow in the supersonic nozzle, which is separated from the main charge by a direct ring jump flame propagating from the critical section of the nozzle to the cylinder wall along the outer surface of the piston bottom 16 and the inner surface of the head 32 (the shortest distance to the cylinder wall), igniting the main charge. The stroke of the rod 10 begins, and at the same time, air compression begins in the pre-compression cylinder 31, at the beginning of which the check valve 30 closes, and the valve 19 in the pre-compression chamber 18 opens as soon as the pressure on the valve 19 overcomes the resistance of its spring 26 and the air starts enter the chamber 18. The opening of the piston bottom - intake valve 16 is prevented by a very significant pressure drop from the side of the cavity of the sleeve 39 of the working cylinder.

Сгоревший заряд повышает давление в камере сгорания рабочего цилиндра 39, которое, интегрируясь на внешней поверхности дна поршня 16, сообщает штоку 10 через поршневые наконечники 11 осевую силу в направлении НМТ, которая передается через криволинейные канавки 13 четырем роликам 14, смонтированным на роликовых (или игольчатых) подшипниках 15 в ступицах двух конических шестерен 5, вращающихся в противоположных направлениях и сочлененных между собой двухсторонней шестерней 5 основного вала отбора мощности 7 и шестернями 45 и 47 вторичных валов 43 и 46, при этом реакции на штоке от двух противоположно направленных моментов (двух пар сил), вращающих конические шестерни, взаимно уничтожаются, и на шток 10 действует только одна осевая сила. Адиабатически расширяясь, продукты сгорания перемещают шток 10 до НМТ, после чего процесс повторяется.The burnt charge increases the pressure in the combustion chamber of the working cylinder 39, which, integrating on the outer surface of the bottom of the piston 16, gives the rod 10 through the piston tips 11 the axial force in the direction of the BDC, which is transmitted through curved grooves 13 to four rollers 14 mounted on roller (or needle ) bearings 15 in the hubs of two bevel gears 5, rotating in opposite directions and articulated by a double-sided gear 5 of the main power take-off shaft 7 and gears 45 and 47 of the secondary shafts 43 and 46 , in this case, reactions on the stem from two oppositely directed moments (two pairs of forces) rotating the bevel gears are mutually annihilated, and only one axial force acts on the stem 10. Adiabatically expanding, the combustion products move the rod 10 to the BDC, after which the process repeats.

Аналогично происходит работа в остальных цилиндрах в прядке обозначенных номеров. Постоянство температуры цилиндров и головок обеспечивается за счет управления электронным блоком включением - выключением муфты 54 на основании сигналов датчиков температуры.Similarly, work occurs in the remaining cylinders in the order of the indicated numbers. The constancy of the temperature of the cylinders and heads is ensured by controlling the switching on / off of the coupling 54 by the electronic unit based on the signals from the temperature sensors.

Полная изоляция картера ДВС от картерных газов и атмосферы обеспечит существенное увеличение сроков смены масла и уменьшение износа подвижных деталей, а отсутствие боковых сил в паре поршень - цилиндр при наличии контакта только через поршневые кольца приводит к строго коаксиальному износу одного зеркала цилиндра и поршневых колец, в результате чего ремонтные работы сводятся к простой замене поршневых колец на кольца ремонтного размера.The complete isolation of the engine crankcase from crankcase gases and the atmosphere will provide a significant increase in the oil change time and reduced wear of moving parts, and the absence of lateral forces in the piston-cylinder pair, if there is contact only through the piston rings, leads to strictly coaxial wear of one cylinder mirror and piston rings, As a result, repair work boils down to simply replacing piston rings with repair-sized rings.

Проведенные оценки показывают, что четырехцилиндровый ДВС с рабочим объемом цилиндров 1,5 л, весом порядка 50 кГс будет иметь мощность при 3000 об/мин конической шестерни порядка 150 кВт при удельном расходе топлива не более 100 г/кВт·ч.The estimates show that a four-cylinder internal combustion engine with a cylinder displacement of 1.5 l, weighing about 50 kG will have a power at 3000 rpm of a bevel gear of about 150 kW with a specific fuel consumption of not more than 100 g / kW · h.

Для сравнения: двигатель ВАЗ 2110, имея рабочий объем 1,5 л, развивает мощность 94 кВт при 5600 об/мин и удельном расходе топлива порядка 250 г/кВт·ч.For comparison: the VAZ 2110 engine, having a working volume of 1.5 liters, develops a power of 94 kW at 5600 rpm and a specific fuel consumption of about 250 g / kW · h.

БиблиографияBibliography

1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Наука, 1970, с. 66.1. Loitsyansky L.G. Mechanics of fluid and gas. - M .: Nauka, 1970, p. 66.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - М.: Машиностроение, 1969, с. 25-27.2. Merkulov A.P. Vortex effect and its application in technology. - M.: Mechanical Engineering, 1969, p. 25-27.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a housing with opposed cylinders and heads, pistons interconnected by a hollow rod of equal diameter, on the outer surface of which closed zigzag grooves are formed, connecting the rod with two bevel gears, on the back of which there are formed protrusions contacting through pushers with a mechanism for diverting the cylinder liner to the opening position of the exhaust valve, interconnected by a third gear that transmits torque to the power take-off shaft axes, piston tips with a power bottom at both ends of the rod, rigidly and hermetically connected to the central part, the air duct is hermetically connected to the transverse pipe placed inside the rod with a tapered transition to its internal diameter with a check valve, a pre-compression cylinder with a check valve, a swirl generator exit from the pre-compression chamber, a prechamber with a supersonic annular nozzle, a spark ignition system equipped with magnetic sensors, and cochlear-shaped exhaust manifolds ores, characterized in that the cross section of the zigzag grooves on the rod is rectangular, and the mating roller with a diameter equal to the width of the zigzag grooves on the rod is mounted in the hub of each bevel gear on a roller or needle bearing so that both bearings of the same gear are located on the same axis, coinciding with the inner diameter of the hub, and the outer surface of the bottom of the pistons - intake valves is equipped with a coaxial cylinder axis with a profiled protrusion, forming at the moment of ignition together with critical cal hole prechamber annular supersonic nozzle.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the casing is made in the form of a central power unit with jumpers in which openings are provided for passage of the power unit of the rods and seats for accommodating the rolling bearings of the power take-off shafts, the side walls of which are hermetically closed by two covers, each of which tides are formed to accommodate the rolling bearings of the bevel gears of each cylinder, on the back of each of which is made one profiled protrusion in contact with the mechanism of removal of sleeves The cylinder has an exhaust valve, and the liner air cooling fin moving across the flow increases not only cooling efficiency during the exhaust stroke, but also the liner strength, reducing the total weight of the engine.