RU2715952C1

RU2715952C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2715952C1
Application number: RU2019102703A
Authority: RU
Inventors: Юрий Андреевич Гребнев
Original assignee: Юрий Андреевич Гребнев
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-03-04

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to engine building, particularly, to creation of internal combustion engines. Used in autonomous cars and vehicles, mainly in light motor aircraft, automobiles, tractors and agricultural machines. Engine comprises hollow rod connecting pistons, made equal to diameter of pistons and equipped with zigzag-shaped closed grooves of semicircular cross-section, which interact with hemispherical ends of rollers mounted on needle and thrust roller bearings in hubs of cylindrical gears, which encircle the stock, coupled with the power take-off shaft through coupling and matching cylindrical gears, which significantly reduces the cost of the drive and increases its mechanical efficiency by more than 95 %. Application of mechanical connection of hubs of the main cylindrical gears with tail part of sleeves of cylinders – exhaust valves and pneumatic inertial system of air inlet into working cylinder reduces consumption of heat energy for gas distribution. Injection of liquid fuel into antechamber with arrangement of vortex turbulent flow in combustion chamber substantially increases homogeneity of mixture, ignition of charge with direct jump of flame reduces probability of detonation.

EFFECT: reduced wear of movable parts and considerable increase of overall efficiency.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности созданию двигателей внутреннего сгорания (в дальнейшем ДВС) преимущественно для легкомоторной авиации, а также автомобилей, сельхозмашин и других механизмов, требующих автономного и экономичного привода небольшого веса.The invention relates to engine building, in particular the creation of internal combustion engines (hereinafter ICE) mainly for light aircraft, as well as automobiles, agricultural vehicles and other mechanisms requiring an autonomous and economical drive of low weight.

Известен ДВС по патенту России №2032820 (приоритет от 21.07.92 г.), содержащий оппозитно расположенные цилиндры, в которых перемещаются поршни соединенные общим полым штоком, а открытие-закрытие впускных и выпускных щелей за счет перемещения поршня вдоль оси штока и гильзы цилиндра относительно его головки. 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 07/21/92), containing opposed cylinders in which pistons are connected by a common hollow rod, and the opening and closing of the intake and exhaust slots due to the movement of the piston along the axis of the rod and cylinder liner relative to his heads. The design drawback of this ICE is the transfer of lateral loads in the piston-cylinder pair to the roller tables, and not their complete elimination.

Известен ДВС по патенту России №2500907 (приоритет от 23.06.11 г.), в котором осевая сила на штоке от поршня преобразуется сразу в два равных и противоположно направленных момента вокруг оси штока, что обеспечивает разложение силы, интегрирующейся на внешней поверхности дна поршня, на четыре составляющих, приложенных к шарикам, смонтированным в ступицах двух главных шестерен бесшатунного привода, и взаимоуничтожение реакций от упомянутых сил в районе контакта шариков с канавкой на штоке, при полной ликвидации боковых нагрузок в паре поршень-цилиндр, кроме силы разжима поршневых колец. Недостатком этой конструкции является наличие трения скольжения в паре шарик-ступица главной шестерни, приводящее к нерациональной потере энергии и износу сопрягаемых деталей, а так же колебательное движение массы газа в полости штока.The ICE is known according to Russian patent No. 2500907 (priority from 06.23.11), in which the axial force on the rod from the piston is converted immediately into two equal and oppositely directed moments around the axis of the rod, which ensures the decomposition of the force integrated on the outer surface of the bottom of the piston, on four components applied to the balls mounted in the hubs of the two main gears of the rodless drive, and the mutual destruction of the reactions from the mentioned forces in the area of contact of the balls with the groove on the rod, with the complete elimination of lateral loads in the piston-cylinder pair NDR, but the strength of the strut piston rings. The disadvantage of this design is the presence of sliding friction in a pair of ball-hub of the main gear, leading to irrational loss of energy and wear of the mating parts, as well as the oscillatory movement of the gas mass in the rod cavity.

Кроме этого известны способ наддува воздуха в цилиндр ДВС и устройство для его осуществления по патенту России №2509901 (приоритет от 20.09.11 г.), которые устранили колебательные движения газа в полости штока и обеспечили возможность наддува в цилиндр ДВС, предварительно сжатых во время рабочего хода и хода впуска, двух порций воздуха. Однако, и в этом патенте не устранен недостаток, связанный с наличием трения скольжения в паре шарик-ступица главной шестерни.In addition, there is a known method of pressurizing air into an internal combustion engine cylinder and a device for its implementation according to Russian patent No. 2509901 (priority date 09/20/11), which eliminated oscillatory gas movements in the rod cavity and made it possible to pressurize the internal combustion engine cylinder, previously compressed during working stroke and intake stroke, two servings of air. However, in this patent, the disadvantage associated with the presence of sliding friction in a pair of ball-hub of the main gear is not eliminated.

Известен также ДВС по патенту России №2564736 (20.05.13 г.), в котором трение скольжения в паре шарик-ступица главной шестерни бесшатунного привода устранено с помощью применения цилиндрических роликов, смонтированных в ступице шестерни на игольчатых и упорных подшипниках качения. Однако, и в этом конструктивном решении есть существенный недостаток - наличие большого изгибающего момента на ролике, который требует существенного увеличения его геометрических размеров. Упомянутый недостаток устранен в ДВС по патенту России №2558490 (приоритет от 16.06.14 г.) за счет сочленения зигзагообразных канавок полукруглого поперечного сечения на штоке со ступицей главных шестерен с помощью роликов, контактный торец которых выполнен в виде полусферы, диаметральная плоскость которой совпадает с диаметральной плоскостью криволинейной канавки в месте контакта. В этом случае реакция на сферическом торце ролика, проходя через центр сферы, разлагается на осевую и нормальную составляющую на боковой поверхности ролика, которые парируются подшипниками качения. Кроме этого в ДВС использован оригинальный механизм с цилиндрическими шестернями для перевода поступательного движения поршней во вращательное движение вала отбора мощности. Недостатками данного ДВС являются относительная сложность конструкции системы наддува и потребность системы управления выпускными клапанами в специальном масляном насосе и высокой надежности и герметичности гидросистемы.ICE is also known according to Russian patent No. 2564736 (05/20/13), in which sliding friction in a pair of ball-hub of the main gear of the rodless drive is eliminated by using cylindrical rollers mounted in the gear hub on needle and thrust roller bearings. However, in this constructive solution there is a significant drawback - the presence of a large bending moment on the roller, which requires a significant increase in its geometric dimensions. The mentioned drawback is eliminated in the internal combustion engine according to the patent of Russia No. 2558490 (priority from 06.16.14) due to the articulation of zigzag grooves of a semicircular cross section on the rod with the hub of the main gears using rollers, the contact end of which is made in the form of a hemisphere, the diametrical plane of which coincides with the diametrical plane of the curved groove at the point of contact. In this case, the reaction at the spherical end of the roller, passing through the center of the sphere, decomposes into an axial and normal component on the side surface of the roller, which are counterbalanced by rolling bearings. In addition, the internal combustion engine used an original mechanism with cylindrical gears to translate the translational motion of the pistons into the rotational motion of the power take-off shaft. The disadvantages of this engine are the relative complexity of the design of the boost system and the need for the exhaust valve control system in a special oil pump and the high reliability and tightness of the hydraulic system.

Наиболее близким прототипом заявляемого изобретения является ДВС по патенту №2558490 (приоритет от 16.06.14 г.).The closest prototype of the claimed invention is the internal combustion engine according to patent No. 2558490 (priority from 06.16.14).

Заявляемый ДВС содержит корпус с двумя боковыми крышками и перемычками, с образованными в них двумя параллельными цилиндрическими отверстиями, в которых перемещаются полые штоки диаметром равным диаметрам поршневых наконечников, герметично соединенных со штоком, на внешней поверхности которого вокруг продолговатого отверстия образована пара (или несколько пар) зигзагообразных, замкнутых канавок полукруглого поперечного сечения, каждая из которых сочленена с помощью двух пар роликов со сферическим контактным торцом, смонтированных на подшипниках качения в ступицах двух главных цилиндрических шестерн механизма перевода поступательного движения поршней во вращательное вала отбора мощности, которые вращающихся в противоположных направлениях, а внутри силовой части штоков размещены поперечные патрубки с коническими переходами и обратными клапанами на их дне, связанные с воздуховодами через продолговатое отверстие в штоке, цилиндры предварительного сжатия и камеры предварительного сжатия с отверстиями на силовом дне, обратными клапанами и вихреобразователями перед впускной щелью, а поршневые наконечники штока перемещаются в оппозитно расположенных гильзах цилиндров-выпускных клапанах, герметично соединенных с посадочными местами головок во время рабочего хода, впуска и сжатия воздуха, в которых размещены улиткообразные коллекторы, форкамеры, форсунки подачи топлива и свечи системы зажигания, причем профилированные выступы на внешней поверхности дна поршня-впускного клапана, подвижного в осевом направлении, образуют в момент зажигания по сигналу бесконтактного датчика магнитного типа, кольцевое трансзвуковое сопло. Задачей изобретения является: упрощение и удешевление элементов конструкции системы предварительного наддува воздуха при одновременном повышении его надежности, а также повышение надежности механизма отвода гильзы цилиндра-выпускного клапана при исключении необходимости оснащения этой системы масляным насосом.The inventive internal combustion engine contains a housing with two side covers and jumpers, with two parallel cylindrical holes formed in them, in which hollow rods with a diameter equal to the diameters of the piston tips move hermetically connected to the rod, on the outer surface of which around the elongated hole a pair (or several pairs) is formed zigzag, closed grooves of a semicircular cross section, each of which is articulated using two pairs of rollers with a spherical contact end mounted and rolling bearings in the hubs of two main cylindrical gears of the mechanism for translating the translational motion of the pistons into a rotational power take-off shaft, which rotate in opposite directions, and inside the power part of the rods there are transverse nozzles with conical transitions and check valves on their bottom, connected with air ducts through an elongated hole in the stock, pre-compression cylinders and pre-compression chambers with openings on the power bottom, non-return valves and vortex generators unit with an inlet slit, and the piston rod ends move in opposed cylinder liners-exhaust valves, hermetically connected to the seats of the heads during the working stroke, air inlet and compression, in which cochlear manifolds, prechambers, fuel supply nozzles and spark plugs are placed, moreover, the profiled protrusions on the outer surface of the bottom of the piston-intake valve, movable in the axial direction, form at the moment of ignition by the signal of a proximity sensor of magnetic type, evoe transonic nozzle. The objective of the invention is: to simplify and reduce the cost of structural elements of the system of preliminary pressurization of air while increasing its reliability, as well as improving the reliability of the mechanism for removing the cylinder liner-exhaust valve, eliminating the need to equip this system with an oil pump.

Решение поставленной задачи достигается тем, что конический переход воздуховода каждого поперечного патрубка с обоих торцов оснащен дном с отверстиями для прохода воздуха, с образованным в центральной части каждого гнезда с криволинейными боковыми стенками, в которых смонтированы пластинчатые, лепестковые, нормально закрытые клапана, зажатые между дном и прижимным устройством с наружной стороны дна, а на внутренней стороне каждого дна установлен обтекатель, переводящий течение из цилиндрического воздуховода в кольцевое коническое, а на силовом дне камеры предварительного сжатия образованы отверстия для прохода воздуха, идентичные отверстиям дна конического перехода, перекрывающееся нормально закрытым обратным клапаном, идентичным обратному клапану конического перехода, который зажат в гнезде между силовым дном и корпусом пневмодемпфера дна поршня-впускного клапана, причем механизм отвода гильзы цилиндра-выпускного клапана функционирует на открытие-закрытие при взаимодействии шариков, смонтированных в гнездах двух приливов, симметричных относительно оси вращения, ступиц главных шестерен, в момент, когда две эквидистантные канавки полукруглого поперечного сечения, образованные на хвостовой части гильзы цилиндра, с которыми сочленены шарики, начинают отклоняться от исходного положения по заданному закону открытия-закрытия гильзы, при этом торец гильзы цилиндра сжимает тарельчатую пружину, обеспечивающую возврат гильзы в положение закрытия и гарантированную герметизацию выпускной щели, а в момент закрытия выпускной щели происходит впрыск топлива через форсунку в форкамеру.The solution to this problem is achieved by the fact that the conical passage of the duct of each transverse nozzle from both ends is equipped with a bottom with openings for air passage, formed in the central part of each socket with curved side walls, in which are mounted plate, flap, normally closed valves clamped between the bottom and a clamping device on the outside of the bottom, and a fairing is installed on the inside of each bottom, which transfers the flow from a cylindrical duct to an annular conical, and openings for air passage are formed on the power bottom of the pre-compression chamber, identical to the openings of the bottom of the conical transition, overlapping by a normally closed check valve identical to the check valve of the conical transition, which is clamped in the socket between the power bottom and the pneumatic damper body of the piston-inlet valve bottom, and the sleeve removal mechanism cylinder-exhaust valve functions for opening-closing during the interaction of balls mounted in the nests of two tides, symmetrical about the axis of rotation the hubs of the main gears, at the moment when two equidistant grooves of a semicircular cross section formed on the rear of the cylinder liner with which the balls are joined begin to deviate from the initial position according to the given law of opening-closing of the liner, while the end of the cylinder liner compresses the Belleville spring ensuring the return of the sleeve to the closing position and guaranteed sealing of the outlet gap, and at the moment of closing the outlet gap, fuel is injected through the nozzle into the prechamber.

На фиг. 1 приведен продольный разрез 4-х цилиндрового ДВС с нумерацией цилиндров.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a 4-cylinder internal combustion engine with cylinder numbering.

Двигатель состоит из корпуса 1 с перемычками 2 и боковыми крышками 3, в которых образованы два гнезда 4 подшипников качения 5 вала отбора мощности 6, гнезд в перемычках 2 со смонтированными в них подшипниками качения 7 четырех главных цилиндрических шестерен 9, размещенных соосно двум цилиндрическим отверстиям в перемычках 2, предусмотренных для прохода двух силовых штоков 8, герметично соединенных равными с ними диаметрами поршневыми наконечниками 10, на силовой части которых предусмотрено продолговатое отверстие 11 для прохода воздуховодов 25, вокруг которого образованы на внешней поверхности зигзагообразные полукруглого поперечного сечения канавки 12, сочлененные роликами 13 со сферическим торцом, смонтированными на игольчатых 14 и упорных подшипниках 15 в ступицах главных шестерен 9, причем поршневые наконечники 10 оснащены подвижным в осевом направлении дном поршня-впускным клапаном 16, на внешней поверхности которого соосно оси гильзы цилиндра-выпускного клапана 42 образован профилированный выступ 17, а во внутренней полости поршневого наконечника 10 образована камера предварительного сжатия 18, оснащенная обратным клапаном 19 на силовом дне 21, закрывающим отверстия для прохода воздуха 23, который зажат между силовым дном 21 и корпусом пневмодемпфера 22, а перед выпускной щелью камеры предварительного сжатия 18 установлен вихреобразователь 20, причем стебель впускного клапана 16 жестко соединен с поршнем пневмодепфера 24, при этом между силовым дном 21 и дном 28 конического перехода 27 поперечного патрубка 26, с образованными в нем отверстиями для прохода воздуха 30, нормально закрытым обратным клапаном 31, воздуховодов 25 поперечного патрубка 26 образована полость цилиндра предварительного сжатия 32 длинной равной ходу поршня, а на цилиндрической части дна 28 смонтировано уплотнение 29, работающее на давление и разряжение, двух головок цилиндров 33 с оребрением 35 и углублениями, в которых расположены форкамеры 36, свечи зажигания 37 и форсунки подачи топлива 38, основания головок 34, образующее вместе с головками 33 улиткообразные выхлопные коллекторы 39, двух теплозащитных экранов 40, лежащих на пластинах с уплотнением 41, четырех гильз цилиндров-выпускных клапанов 42, пары симметричных приливов 43 на ступицах каждой главной шестерни 9, шариков 44, смонтированных в каждом приливе 43 механизма овода гильз 42, двух эквидистантных канавок 45 на хвостовой части гильз 42 механизма отвода гильзы, которые отклоняются по заданному закону от исходного положения во время такта выхлопа, взаимодействуя с шариками 44, тарельчатой пружины 46 механизма отвода, упорных подшипников 47 тарельчатой пружины механизма отвода, сопрягающих шестерен 48 вала отбора мощности, сопрягающе-согласующих шестерен 49 вала отбора мощности, стяжек 50 противоположных головок, электровентилятора 51, капота 52, шариков 53 антипроворотного устройства гильз цилиндров 42, сопрягающиеся с продольными пазами 54 полукруглого поперечного сечения на хвостовой части гильз цилиндров 42.The engine consists of a housing 1 with jumpers 2 and side covers 3, in which two sockets 4 of rolling bearings 5 of the power take-off shaft 6 are formed, nests in jumpers 2 with rolling bearings 7 mounted thereon of four main cylindrical gears 9, arranged coaxially with two cylindrical holes in jumpers 2 provided for the passage of two power rods 8, hermetically connected with equal diameters by piston tips 10, on the power part of which there is an elongated hole 11 for passage of air ducts 2 5 around which zigzag semicircular cross-sectional grooves 12 are formed on the outer surface, articulated by rollers 13 with a spherical end mounted on needle 14 and thrust bearings 15 in the hubs of the main gears 9, the piston tips 10 having an axially movable piston-inlet valve bottom 16, on the outer surface of which is aligned with the axis of the cylinder liner-exhaust valve 42, a profiled protrusion 17 is formed, and a pre-chamber is formed in the inner cavity of the piston tip 10 compression valve 18, equipped with a non-return valve 19 on the power bottom 21, closing the openings for the passage of air 23, which is sandwiched between the power bottom 21 and the housing of the pneumatic damper 22, and a vortex generator 20 is installed in front of the outlet slit of the preliminary compression chamber 18, the stem of the inlet valve 16 is rigidly connected with the piston of the pneumatic defer 24, while between the power bottom 21 and the bottom 28 of the conical transition 27 of the transverse pipe 26, with openings for air passage 30 formed therein, normally closed by a check valve 31, air ducts 25 of the transverse pipe 26, the cavity of the pre-compression cylinder 32 is formed long equal to the stroke of the piston, and on the cylindrical part of the bottom 28 there is a seal 29 working for pressure and pressure, two cylinder heads 33 with fins 35 and recesses in which the pre-chambers 36, spark plugs 37 and fuel supply nozzles 38, heads bases 34, forming together with the heads 33 coiled exhaust manifolds 39, two heat shields 40 lying on the plates with seal 41, four cylinder liners, exhaust valves 42, a pair of symmetrical tides 43 on the hubs of each main gear 9, balls 44 mounted in each tide 43 of the sleeve mechanism 42, two equidistant grooves 45 on the tail of the sleeve 42 of the sleeve removal mechanism, which deviate from the initial position from the initial position during the exhaust stroke, interacting with balls 44, disk spring 46 of the withdrawal mechanism, thrust bearings 47 of the disk spring of the withdrawal mechanism, mating gears 48 of the power take-off shaft, mating matching gears 49 of the power take-off shaft, to 50 opposite heads, an electric fan 51, a hood 52, balls 53 of an anti-rotary device of cylinder liners 42, mating with longitudinal grooves 54 of a semicircular cross section on the rear of the cylinder liners 42.

Двигатель работает следующим образом. Изображенный на фиг. 1 ДВС находится в положении, когда в цилиндре №1 заканчивается такт сжатия горючей смеси, при котором в заданный момент по сигналу бесконтактного датчика положения дна поршневого наконечника 10 относительно головки 33 (профилированный выступ 17 достигает заданного положения в выходном отверстии форкамеры 36, образуя кольцевое трансзвуковое сопло), подается высокое напряжение на свечу зажигания 37, вызывающие резкое повышение давления в форкамере 36, создающее перепад давления между форкамерой 36 и камерой сгорания цилиндра 42 близкий к величине второго критического значения ε**, при котором реализуется максимальный расход газа, что приводит появлению в критическом сечении прямого скачка уплотнения, отделяющего сгоревшую смесь в форкамере 36 от основного заряда в камере сгорания цилиндра 42, который перемещается от критического сечения трансзвукового сопла к стенке гильзы цилиндра со скоростью звука порядка 480 м/сек, соответствующей температуре смеси в конце адиабатического сжатия (скорость нормального распространения пламени у существующих ДВС равна 40 м/сек.), послойно поджигая сжатую смесь в камере сгорания, существенно снижая время сгорания заряда, при этом практически исключается возможность возникновения детонационного горения (V=2000 м/сек), т.к. звуковые возмущения в сгоревшей части заряда не могут обогнать прямой скачок пламени. Поскольку объем форкамеры выбирается из условия, при котором подход скачка на заданное расстояние от стенки цилиндра уменьшает перепад давления в критическом сечении кольцевого сопла (за счет падения давления в ограниченном объеме газа в форкамере) к значениям приближающимися к значению первого критического ε*, в связи с чем, прямой скачок начинает обратное движение и исчезает при достижении критического сечения кольцевого сопла, после чего течение газа из которого становится дозвуковым и прекращается после выравнивания давления газа в форкамере и камере сгорания. Такая организация газодинамики процесса сгорания позволяет избежать ударных нагрузок на стенке цилиндра от прямого скачка и снизить возможность появления детонации, а последний тонкий слой смеси сгорает со скоростью нормального горения, обеспечивая практически полное сгорание смеси. После этого начинается процесс политропического расширения продуктов сгорания, аналогичный процессу расширения во всех ДВС с принудительным зажиганием.The engine operates as follows. Depicted in FIG. 1, the internal combustion engine is in the position when the compression stroke of the combustible mixture ends in which at a given moment by the signal of the proximity sensor of the bottom of the piston tip 10 relative to the head 33 (the profiled protrusion 17 reaches the specified position in the outlet of the pre-chamber 36, forming an annular transonic nozzle), a high voltage is supplied to the spark plug 37, causing a sharp increase in pressure in the pre-chamber 36, creating a pressure differential between the pre-chamber 36 and the combustion chamber of the cylinder 42 close to the values e of the second critical value ε ** at which the maximum gas flow is realized, which leads to the appearance of a direct shock wave in the critical section separating the burnt mixture in the prechamber 36 from the main charge in the combustion chamber of cylinder 42, which moves from the critical section of the transonic nozzle to the liner wall a cylinder with a sound speed of the order of 480 m / s, corresponding to the temperature of the mixture at the end of adiabatic compression (the normal flame propagation velocity of existing ICEs is 40 m / s), layer-by-layer ignition I compressed mixture into the combustion chamber, significantly reducing the charging time of combustion, thus practically excludes the possibility of combustion detonation (V = 2000 m / sec), because sound disturbances in the burnt part of the charge cannot overtake the direct jump of the flame. Since the volume of the prechamber is selected from the condition under which the approach of the jump to a predetermined distance from the cylinder wall reduces the pressure drop in the critical section of the annular nozzle (due to the pressure drop in the limited volume of gas in the prechamber) to values approaching the value of the first critical ε *, due to than, a direct jump starts the reverse movement and disappears when the critical section of the annular nozzle is reached, after which the gas flow from which becomes subsonic and stops after the gas pressure is equalized in prechamber and combustion chamber. Such an organization of the gas dynamics of the combustion process avoids shock loads on the cylinder wall from a direct jump and reduces the possibility of detonation, and the last thin layer of the mixture burns at the rate of normal combustion, providing almost complete combustion of the mixture. After this, the process of polytropic expansion of the combustion products begins, similar to the expansion process in all internal combustion engines with forced ignition.

При приближении штока 8 цилиндра №1 к НМТ, главная цилиндрическая шестерня 9 этого цилиндра поворачивается на угол, соответствующий началу такта выхлопа, при котором две эквидистантные канавки 45 механизма отвода гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42, образованные на ее хвостовой части, начинают отклоняться от нормально закрытого положения в положение открытия гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42 по заданному закону, а шарики 44, смонтированные в гнездах приливов 43 главной шестерни 9, передвигаясь по канавкам 45 этого участка, увлекают за собой гильзу цилиндра-выхлопной клапан 42, торец которой сжимает тарельчатую пружину 46, наружная образующая которой опирается на упорный подшипник 47, смонтированный в ступице главной шестерни 9, исключая ее осевое смещение и трение скольжения пружины 46 о торец ступицы главной шестерни 9, при обеспечении досылки гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42 в момент ее закрытия для гарантированной герметизации выхлопной щели. Закон отклонения канавок 45 выбирается из условия такого изменения площади выхлопной щели, при котором за счет регулируемого расхода газа через щель, алгебраическая сумма силы давления продуктов сгорания на внешней поверхности впускного клапана-дна поршня и силы инерции, действующей на него в процессе выхлопа, до определенного момента была больше осевой силы от давления воздуха на его внутренней поверхности, для гарантированной герметичности камеры предварительного сжатия 18. В заданный момент канавки 45 на хвостовике гильзы цилиндра-выпускного клапана 42 переходят в положение максимального открытия выпускной щели, резко увеличивая расход продуктов сгорания, что приводит к резкому понижению давления в камере сгорания при возрастании силы инерции массы клапана, направленной в сторону головки, до максимального значения, которая складываясь с силой давления воздуха на внутренней поверхности впускного клапана-дна поршня 16, начинает его открывать. Плавность безударного открытия впускного клапана обеспечивает пневмодемпфер, поршень 24 которого тормозит движение клапана 16 за счет сопротивления при перетекании воздуха из верхней полости корпуса 22 пневмодемпфера в нижнюю и останавливает клапан 16 в момент достижения верхнего дна корпуса, открывая впускную щель на максимальную площадь. Воздух, вытекая из камеры предварительного сжатия 18 с давлением торможения Р₀»Р_а (атмосферного давления) через вихреобразователь 20 создает циркуляционное течение вокруг оси гильзы цилиндра-выпускного клапана 42, вызывая понижение давления в приосевой части камеры сгорания, отсасывающее продукты сгорания из форкамеры 36, при одновременной интенсивной продувке камеры сгорания и охлаждении уплотнительных фасок на головке 33 и гильзе цилиндра-выпускного клапана 42. При этом стравливается избыточное количество воздуха для исключения самовозгорания смеси в конце такта сжатия. Такая организация такта выхлопа обеспечивает реализацию величин коэффициента остаточных газов γ≈0 и коэффициента наполнения цилиндра η_v≥1. На этом такт выхлопа заканчивается, поскольку главные шестерни 9 поворачиваются на угол, при котором шарики 44, двигаясь по канавкам 45, переходящих в нормально закрытое положение, плавно закрывают выхлопную щель, герметизация которой осуществляется разжимом пружины 46, причем провороту гильзы цилиндра-выпускного клапана вокруг оси препятствуют шарики 53, смонтированные в гнездах боковых крышек 3, которые перемещаются по продольным пазам полукруглого поперечного сечения 54, образованных на хвостовой части гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42.When the rod 8 of cylinder No. 1 approaches the BDC, the main cylindrical gear 9 of this cylinder rotates by an angle corresponding to the beginning of the exhaust stroke, at which two equidistant grooves 45 of the cylinder-exhaust valve 42 retraction mechanism formed on its tail end begin to deviate from normal closed position in the opening position of the cylinder liner-exhaust valve 42 according to a given law, and the balls 44 mounted in the sockets of the tides 43 of the main gear 9, moving along the grooves 45 of this section, carry away oh the cylinder liner-exhaust valve 42, the end of which compresses the Belleville spring 46, the outer generatrix of which is supported by a thrust bearing 47 mounted in the hub of the main gear 9, excluding its axial displacement and sliding friction of the spring 46 on the end of the hub of the main gear 9, while providing for sending cylinder liner-exhaust valve 42 at the time of its closure for guaranteed sealing of the exhaust gap. The law of the deflection of the grooves 45 is selected from the condition of such a change in the area of the exhaust gap, in which due to the controlled gas flow through the gap, the algebraic sum of the pressure force of the combustion products on the outer surface of the inlet valve-bottom of the piston and the inertia force acting on it during the exhaust process the moment was greater than the axial force from the air pressure on its inner surface, for guaranteed tightness of the pre-compression chamber 18. At a given moment, the grooves 45 on the liner end of the cylinder liner of the acceleration valve 42 go to the maximum opening position of the exhaust gap, sharply increasing the consumption of combustion products, which leads to a sharp decrease in pressure in the combustion chamber with increasing inertia of the mass of the valve directed towards the head to a maximum value that is added to the force of the air pressure on the inside surface of the inlet valve-bottom of the piston 16, begins to open it. Smoothness of shockless opening of the intake valve is ensured by a pneumatic damper, the piston 24 of which inhibits the movement of the valve 16 due to resistance when air flows from the upper cavity of the housing 22 of the pneumatic damper to the lower one and stops valve 16 when the upper bottom of the housing is reached, opening the intake gap to the maximum area. Air flowing out of the pre-compression chamber 18 with a braking pressure P ₀ Р _Pa (atmospheric pressure) through the vortex generator 20 creates a circulation flow around the axis of the cylinder-exhaust valve 42, causing a decrease in pressure in the axial part of the combustion chamber, which sucks the combustion products from the prechamber 36 , while intensively purging the combustion chamber and cooling the sealing chamfers on the head 33 and the cylinder liner-exhaust valve 42. In this case, excess air is vented to exclude ignition of the mixture at the end of the compression stroke. Such an organization of the exhaust stroke ensures the implementation of the values of the coefficient of residual gases γ≈0 and the coefficient of filling of the cylinder η _v ≥1. At this point, the exhaust stroke ends, since the main gears 9 rotate at an angle at which the balls 44, moving along the grooves 45, moving into a normally closed position, smoothly close the exhaust gap, which is sealed by expanding the spring 46, and turning the cylinder-exhaust valve sleeve around the axes are prevented by balls 53 mounted in the nests of the side covers 3, which move along the longitudinal grooves of a semicircular cross section 54 formed on the tail of the cylinder-exhaust valve sleeve 42.

В этот момент начинается такт впуска воздуха в цилиндр, т.к. дно поршня-впускной клапан 16, остановившейся в положении полного открытия впускной щели, начинает вместе со штоком 8 движение в сторону НМТ. При этом впускная щель о время всего такта открыта на максимальную площадь, а в момент начала движения дна поршня-впускного клапана 42 в сторону НМТ через форсунку 36 в форкамеру 16 впрыскивается распыленное топливо с закруткой противоположного направления вращению тороидального вихря, образованного воздухом, истекающим из вихреобразователя 20 через полностью открытую впускную щель. Образованная тороидальным вихрем приосевая область высокой турбулентности с пониженным давлением по сравнением с давлением в форкамере 20, отсасывает смесь распыленного топлива с воздухом из форкамеры, обеспечивая интенсивное испарение топлива, за счет пониженного давления и высокотурбулентного перемешивания с воздухом центральной части вихря, который увлекает эту смесь в сторону дна поршня-впускного клапана 16, растягиваясь вдоль оси гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42 по мере приближения силового штока 8 к НМТ, чем исключается появление жидкой фазы топлива на стенке гильзы цилиндра-выхлопного клапана 42. При движении силового штока 8 в сторону НМТ, его силовое дно 21 сжимает порцию воздуха в цилиндре предварительного сжатия 32 (обратный клапан 31 закрыт). Как только давление воздуха в цилиндре предварительного сжатия 31 превысит давление в камере предварительного сжатия 18, обратный клапан 19 открывается и воздух через камеру 18, вихреобразователь 20 и впускную щель начинает втекать в полость гильзы цилиндра 42, поддерживая интенсивность тороидального вихря. По достижению силовым штоком 8 НМТ, ролики 13 переходят на ветвь обратного движения зигзагообразных канавок 12 и силовой шток 8 начинает двигаться в обратном направлении в сторону ВМТ, в то же время дно поршня-впускной клапан 16 под действием силы инерции (достигающей в этот момент максимальной величины) своей массы продолжает движение на сближение с уплотнительной фаской поршневого наконечника 10, а плавность и безударность посадки дна поршня-впускного клапана 16 обеспечивает поршень пневмодемпфера 24 за счет сопротивления воздуха, перетекающего из нижней полости в верхнюю корпуса пневмодемпфера 22.At this moment, the cycle of air intake into the cylinder begins, because the bottom of the piston-inlet valve 16, which stopped in the fully open position of the intake slit, begins, together with the stem 8, to move towards the BDC. At the same time, the inlet slit is open to the maximum area for the entire stroke, and at the moment the bottom of the piston-inlet valve 42 begins to move toward the BDC through the nozzle 36, atomized fuel is injected into the pre-chamber 16 with a swirl in the opposite direction to the rotation of the toroidal vortex formed by the air flowing from the vortex generator 20 through the fully open inlet slit. The near-axial region of high turbulence with reduced pressure formed by the toroidal vortex as compared with the pressure in the prechamber 20 sucks the mixture of atomized fuel and air from the prechamber, providing intensive evaporation of the fuel, due to the reduced pressure and highly turbulent mixing with the air of the central part of the vortex, which entrains this mixture in side of the bottom of the piston-intake valve 16, stretching along the axis of the cylinder liner-exhaust valve 42 as the power rod 8 approaches the BDC, which eliminates the appearance of ix liquid phase fuel to the wall of the sleeve-cylinder exhaust valve 42. When driving force rod 8 toward BDC, the force of its bottom portion 21 compresses air in the cylinder precompression 32 (check valve 31 is closed). As soon as the air pressure in the pre-compression cylinder 31 exceeds the pressure in the pre-compression chamber 18, the non-return valve 19 opens and air passes through the chamber 18, the vortex generator 20 and the inlet slit into the cylinder liner 42, maintaining the intensity of the toroidal vortex. Upon reaching the BDC by the power rod 8, the rollers 13 move to the reverse branch of the zigzag grooves 12 and the power rod 8 begins to move in the opposite direction to the TDC, at the same time the bottom of the piston-inlet valve 16 under the action of inertia (reaching the maximum values) of its mass continues to move closer to the sealing facet of the piston tip 10, and the piston of the pneumatic damper 24 due to air resistance provides a smooth and shockless landing of the bottom of the piston-inlet valve 16 it from the lower cavity to the upper housing 22 pnevmodempfera.

Момент герметизации впускной щели поршневого наконечника 10 является концом такта впуска и началом такта сжатия горючей смеси в гильзе цилиндра-выпускном клапане 42. Циркуляционное течение в полости гильзы цилиндра 42 после закрытия впускного клапана 16 продолжается, обеспечивая высокую гомогенность горючей смеси. По мере приближения дна 16 поршневого наконечника 10 к ВМТ герметичность его впускной щели увеличивается за счет увеличения давления сжатия горючей смеси. Одновременно с процессом сжатия горючей смеси в гильзе цилиндра 42 происходит всасывание атмосферного воздуха через воздуховод 25 цилиндра №1, после того как давление в полости цилиндра предварительного сжатия 32 между дном конического перехода 28 поперечного патрубка 26 во время отхода силового дна 21 поршневого наконечника 10 становится меньше атмосферного давления Р_а, при котором обратный клапан 31 открывается, а обратный клапан 19 закрывается. Процесс всасывания продолжается в течение всего такта сжатия при открытом обратном клапане 31.The moment of sealing the inlet slit of the piston tip 10 is the end of the inlet stroke and the beginning of the compression stroke of the combustible mixture in the cylinder liner-exhaust valve 42. The circulation flow in the cylinder liner cavity 42 after closing the inlet valve 16 continues, ensuring high homogeneity of the combustible mixture. As the bottom 16 of the piston tip 10 approaches the TDC, the tightness of its inlet gap increases due to an increase in the compression pressure of the combustible mixture. Simultaneously with the process of compression of the combustible mixture in the cylinder liner 42, atmospheric air is sucked in through the duct 25 of cylinder No. 1, after the pressure in the cavity of the pre-compression cylinder 32 between the bottom of the conical transition 28 of the transverse pipe 26 decreases when the power bottom 21 of the piston tip 10 leaves atmospheric pressure P _a , at which the check valve 31 opens and the check valve 19 closes. The suction process continues throughout the entire compression stroke with the non-return valve 31 open.

С началом рабочего хода цикл в цилиндре №1 повторяется. Аналогично протекают циклы и в остальных цилиндрах.With the beginning of the working stroke, the cycle in cylinder No. 1 is repeated. Similarly, cycles occur in the remaining cylinders.

Постоянство рабочей температуры теплонапряженных элементов конструкции ДВС обеспечивается за счет периодического включения-выключения электровентилятора 51 электронным блоком управления, на основании сигналов датчика температурыThe constancy of the working temperature of the heat-stressed structural elements of the engine is ensured by periodically turning the electric fan 51 on and off by the electronic control unit, based on the signals of the temperature sensor

Полная изоляция картера ДВС от картерных газов и атмосферы обеспечивает существенное увеличение сроков смены масла, а отсутствие боковых сил в паре поршень-цилиндр при наличии контакта между ними только через поршневые кольца приводит к строго коаксиальному износу зеркала цилиндра, в результате чего ремонтные работы сводятся к простой замене поршневых колец на кольца ремонтного размера после нормативного периода работы ДВС.The complete isolation of the engine crankcase from crankcase gases and the atmosphere provides a significant increase in the oil change time, and the absence of lateral forces in the piston-cylinder pair, if there is contact between them only through the piston rings, leads to strictly coaxial wear of the cylinder mirror, as a result of which repair work is reduced to simple replacing piston rings with rings of repair size after the standard period of ICE operation.

Проведенные оценки показывают, что энергетические затраты на перевод тепловой энергии в механическую в рассматриваемом ДВС могут быть сокращены более чем в два раза по сравнению с лучшими образцами современных ДВС.The estimates show that the energy costs of converting thermal energy into mechanical energy in the ICE under consideration can be reduced by more than two times in comparison with the best examples of modern ICEs.

Предварительная оценка характеристик заявленного ДВС показала, что двигатель с рабочим объемом 1,5 л может развивать при 2500 об/мин главных цилиндрических шестерен 9 мощность порядка 150 кВт при удельном расходе топлива порядка 100 г/кВт час.A preliminary assessment of the characteristics of the declared ICE showed that an engine with a displacement of 1.5 liters can develop at about 2500 rpm of the main cylindrical gears 9 a power of about 150 kW with a specific fuel consumption of about 100 g / kW hour.

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

Claims

An internal combustion engine comprising a housing with two side covers and jumpers with two parallel cylindrical holes formed in them, in which hollow rods with a diameter equal to the diameters of the piston tips move hermetically connected to the rod, on the outer surface of which around the elongated hole a pair is formed (or several pairs ) zigzag closed grooves of a semicircular cross section, each of which is articulated using two pairs of rollers with a spherical contact face m mounted on rolling bearings in the hubs of two main cylindrical gears of the mechanism for translating the translational motion of the pistons into a rotational power take-off shaft rotating in opposite directions, and inside the power part of the rods there are transverse nozzles with conical transitions and check valves at their bottom, connected with air ducts through oblong hole in the rod, pre-compression cylinders and pre-compression chambers with holes on the power bottom, check valves and vortices bodies in front of the inlet slit, and the piston rod ends move in opposed cylinder liners - exhaust valves, hermetically connected to the seats of the heads during the working stroke, air inlet and compression, in which coiled collectors, prechambers, fuel nozzles and spark plugs are placed moreover, the profiled protrusions on the outer surface of the bottom of the piston-intake valve, movable in the axial direction, form at the moment of ignition a magnetic contact signal type, an annular transonic nozzle, characterized in that the conical passage of the duct of each transverse nozzle from both ends is equipped with a bottom with holes for the passage of air formed in the central part of each socket with curved side walls, in which are mounted plate, flap, normally closed valves, clamped a fairing is installed between the bottom and the clamping device on the outside of the bottom, and on the inside of each bottom, which transfers the flow from the cylindrical duct to the ring horse distinctly, and on the power bottom of the pre-compression chamber, openings are made for the passage of air identical to the openings of the bottom of the conical transition, overlapping by a normally closed check valve identical to the check valve of the conical transition, which is clamped in the socket between the power bottom and the case of the pneumatic damper of the piston bottom - intake valve, the cylinder liner-exhaust valve retraction mechanism functions to open-close when the balls mounted in the nests of two tides are symmetrical relative to but the axis of rotation of the hubs of the main gears at the moment when two equidistant grooves of a semicircular cross section formed on the tail of the cylinder liner with which the balls are joined begin to deviate from the initial position according to a given law of opening-closing of the liner, while the end of the cylinder liner compresses the Belleville spring ensuring the return of the sleeve to the closing position and guaranteed sealing of the outlet gap, and at the moment of closing the outlet gap, fuel is injected through the nozzle into the prechamber.