CS198451B1

CS198451B1 - Two-stroke internal combustion engine with air supercharging,executed by differential piston

Info

Publication number: CS198451B1
Application number: CS143377A
Authority: CS
Inventors: Antonin Richter
Original assignee: Antonin Richter
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1980-06-30

Description

Tento způsob je nevýhodný tím, že dodává přibližně totéž množství vzduchu k vyplachování jako k přeplňování, čímž snižuje výkon i provozní ekonomii motoru příkonem energie na kompresi nadbytečného vzduchu k vyplachování.This method is disadvantageous in that it delivers approximately the same amount of flushing air as the supercharging, thereby reducing engine performance and operating economy by inputting energy to compress excess flushing air.

Třebaže existuje způsob, jak příděl vzduchu k vyplachování válců omezit nebo i zamezit, má také svoje nevýhody, protože se vyznačuje dvoustupňovou kompresí přídavného vzduchu a je proto funkčně složitý. Vztahuje se rovněž na čtyřdobé motory.Although there is a way to reduce or even prevent the rinse air supply, it also has its drawbacks because it is characterized by two-stage compressed air compression and is therefore functionally complex. It also applies to four-stroke engines.

Vynález si klade za úkol výrazně zjednodušit pracovní oběh i konstrukci spalovacích motorů přeplňovaných diferenciálním pístem. Dosahuje toho tím, že přechází na dvoudobé motory, protože neprodukují nadbytečné množství tlakového vzduchu, takže nevzniká problém s jeho využitím. Vyznačuje se pouze dvěma zdvihy pracovního oběhu, které beze zbytku navazují na zdvihy kompresoru. Mají však problém ten, že jim kompresor dodává menší množství vzduchu z mezikruží diferenciálního pístu, Iňež potřebují k dostatečnému naplnění válce o větším obsahu, takže bez dalších opatření by dosáhly jen nízkou volumetrickou účinnost.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to significantly simplify the circulation and construction of internal combustion engines supercharged by a differential piston. It achieves this by switching to two-stroke engines, since they do not produce excess compressed air, so there is no problem with its use. It is characterized by only two strokes of the working cycle, which fully follow the strokes of the compressor. The problem, however, is that the compressor supplies them with less air from the differential piston ring, but they need a larger cylinder to fill the cylinder sufficiently, so that they would achieve low volumetric efficiency without further action.

Tomu lze předejít využitím potenciální energie vzduchu, stlačeného v kompresoru, která se na cestě do válce spojovacím kanálem přemění v energii kinetickou, neboť dodá protékajícímu vzdůchu vysokou rychlost, která ejektorovým účinkem strhne do válce i atmosférický vzduch, zavedený do spojobacího kanálu. Tím se válec nejen doplní, ale i přeplní, neboť kinetická energie vtékajícího média se v něm opět přemění na energii tlakovou.This can be avoided by utilizing the potential energy of the compressed air, which converts into kinetic energy on the way to the cylinder through the passage channel, as it imparts a high velocity to the flowing air which entrains the air through the passage through the ejector. This not only replenishes the cylinder, but also overfills, since the kinetic energy of the inflow medium is again converted into pressure energy.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že kompresorový prostor, sestávající z mezikruží a válcovitého prostoru drážky, je spojen s pracovním prostorem válce motoru kanály uspořádanými ve vložce a spojitelnými navzájem tvarovaným přepouštěcím kanálem ejektorového typu. vytvořeným v rotačním šoupátku dutinou mezi jeho nábojem a nalisovaným kroužkem, uspořádaným koncentricky kolem osy trubky pro přívod přídavného média a opatřeným ve své podtlakové oblasti vstupním otvorem pro toto přídavné médizm. Dalšími podstatnými znaky vynálezu jsou, že náboj rotačního šoupátka je opatřen kanálem spojujícím vnitřek trubky pomocí výřezu střídavě s prostorem válce motoru nebo s kompresorovým prostorem a že vnější plocha vložky motoru má v oblasti vyústění kanálů vytvořenou kuželovou těsnicí plochu.SUMMARY OF THE INVENTION The compressor space, consisting of an annular ring and a cylindrical groove space, is connected to the working space of the engine cylinder by channels arranged in an insert and connectable to each other by an ejector-type overflow channel. formed in the rotary slide through a cavity between its hub and a press-on ring arranged concentrically around the axis of the additional medium supply tube and having an inlet opening for the additional medium in its vacuum area. Further essential features of the invention are that the hub of the rotary slide is provided with a channel connecting the inside of the tube by means of a cut-out alternating with the engine cylinder space or the compressor space and that the outer surface of the engine insert has a conical sealing surface.

Tento způsob lze aplikovat na motory vznětové, jež nasávají do mezikruží kompresoru atmosférický vzduch, i na motory zážehové, které nasávají zápalnou směs.This method can be applied to diesel engines that suck atmospheric air into the annulus of the compressor, as well as to spark ignition engines that suck the ignition mixture.

Zařízení podle vynálezu je znázorněno na přiložených výkresech, kde obr. 1 ukazuje svislý axiální řez částí motoru a rozvodového šoupátka v jeho výchozí poloze, kdy diferenciální píst se nachází v dolní úvrati a obr. 2 ukazuje alternativu k obr. 1 s polohou šoupátka potočeného o 90° z výchozí polohy 0° a příslušnou polohou diferenciálního pístu.The device according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a vertical axial section of a part of the engine and timing spool in its initial position with the differential piston at the bottom dead center and Fig. 2 shows an alternative to Fig. 1 with spool position rotated by 90 ° from the starting position 0 ° and the corresponding position of the differential piston.

Znázorněné zařízení ukazuje uplatnění předmětu vynálezu pro dvoudobé motory, kde pracovní válec je oddělen od kompresoru o zdvihové základně mezikruží 2 větším průměrem diferenciálního pístu 3, jehož menší průměr současně odděluje kompresní prostor od prostoru 4 klikové skříně. Diferenciální píst 3 je veden diferenciální vložkou 5, utěsněnou v motorovém bloku 6 kuželovou plochou 7 a gumovým kroužkem 8. Kompresní prostor je spojen s pracovním válcem motoru pomocí kanálu 9 přes rotační šoupátko 10, obsahující přepouštěcí kanál 11 a průtokový kanál 12, na které navazuje kanál 13 ústící do válce 1 nad čelem 14 diferenciálního pístu 3. Kanál 9 vyúsťuje do mezikružního prostoru kompresoru prostřednictvím drážky 15 pod čelem 16 diferenciálního pístu 3. Uvnitř rotačního šoupátka 10 je souose uspořádána trubka 18 pro přívod přídavného média s výřezem 19, navazujícím na kanál 20, vytvořený v náboji 22 rotačního šoupátkaThe illustrated device shows the application of the invention for two-stroke engines, wherein the working cylinder is separated from the compressor with the lift base of the annulus 2 by the larger diameter of the differential piston 3, whose smaller diameter simultaneously separates the compression space from the crankcase space. The differential piston 3 is guided by a differential insert 5, sealed in the engine block 6 by a conical surface 7 and a rubber ring 8. The compression space is connected to the engine working cylinder via a channel 9 via a rotary slide 10 containing a transfer channel 11 and a flow channel 12 to which channel 13 opening into the cylinder 1 above the face 14 of the differential piston 3. The channel 9 opens into the annular space of the compressor via a groove 15 below the face 16 of the differential piston 3. Inside the rotary slide 10 is a coolant supply tube 18 coaxial with a slot 19 adjoining the channel 20 formed in the hub 22 of the rotary slide

10. Mezi vyústěním kanálů 9 a 13 je upravena mezi blokem 6 a válcem 1 motoru vložka 24 s vnější kuželovou těsnicí plochou 7.10. An insert 24 with an outer conical sealing surface 7 is provided between the opening of the channels 9 and 13 between the block 6 and the cylinder 1 of the engine.

Popsané zařízení pracuje takto:The described device works as follows:

Sání vzduchu do kompresorového prostoru nastane při vzestupném pohybu pístu 3 v okamžiku, jakmile se hrana B rotačního šoupátka 10 přesune z výchozí polohy 0° ( = 360 °), odpovídající výchozí poloze diferenciálního pístů 3, do polohy 60° na obvodu rotačního šoupátka 10. V tomto okamžiku jsou spojeny prostory trubky 18, jejího výřezu 19 a otvoru 20 v náboji 22 rotačního šoupátka 10, a atmosférickému vzduchu je umožněn přístup do kompresorového prostoru kanály 11 a 9. Plně otevřený přívod vzduchu do kompresorového prostoru je patrný z polohy znázorněné na obr. 2, kdy se hrana B nachází v poloze 90° na obvodu rotačního šoupátka 10, a potrvá do té doby až bod A rotačního šoupátka dosáhne pozice 60°.Air intake into the compressor space occurs as the piston 3 moves upwards as soon as the edge B of the rotary slide 10 moves from a starting position of 0 ° (= 360 °) corresponding to the starting position of the differential pistons 3 to a 60 ° position on the periphery of the rotary slide. At this point, the spaces of the tube 18, its cutout 19, and the opening 20 in the hub 22 of the rotary slide 10 are connected, and atmospheric air is allowed to enter the compressor space through channels 11 and 9. The fully open air supply to the compressor space is visible from the position shown in FIG. 2, wherein the edge B is at a 90 ° position on the periphery of the rotary slide 10 and will continue until point A of the rotary slide reaches a position of 60 °.

Sání skončí v okamžiku, jakmile se do polohy Ů0° přesune hrana A, čímž se kanál 9 uzavře. V daném případě se tak stane v poloze 30° před horní Úvrati pístu 3 v důsledku volby výchozí polohy hrany A, tj. 300° na obvodu rotačního šoupátka 10. Při přemístění hrany A do výchozí polohy 170° opozdí se uzavření kanálu 9 o 30° vůči klikovému hřídeli a dosáhne se, že sací zdvih kompresoru skončí v horní úvrati diferenciálního pístu 3. Je to možné proto, ze v poloze hrany A 330° na obvode rotačního šoupátka 10 po jeho otočení o 60°, kdy kanál 13 rotačního šoupátka 10 ještě není uzavřen, je však již uzavřen pístem 3, takže spojení válce 1 motoru s kompresorem je přerušeno.The suction ends as soon as edge A moves to the 0 ° position, closing the channel 9. In this case, this happens at a position 30 ° before the top dead center of the piston 3 due to the choice of the starting position of the edge A, ie 300 ° on the periphery of the rotary slide 10. relative to the crankshaft and it is achieved that the suction stroke of the compressor ends at the top dead center of the differential piston 3. This is possible because at the edge position A 330 ° on the periphery of the rotary slide 10 after its rotation by 60 °. however, it is already closed by the piston 3, so that the connection of the engine cylinder 1 to the compressor is broken.

Atmosférický vzduch nasávaný do kompresorového prostoru kanálem 9 při vzestupném pohybu pístu 3 se stlačuje po uzavření kanálu 9 při sestupném pohybu pístu 3. Jeho průchod přepouštěcím kanálem 11 je umožněn od okamžiku otevření kanálu 13, který je ovládán jak rotačním šoupátkem 19 tak i čelem 14 diferenciálního pístu 3.The atmospheric air sucked into the compressor space through the channel 9 during the upward movement of the piston 3 is compressed after closing the channel 9 during the downward movement of the piston 3. Its passage through the overflow channel 11 is enabled from the moment of opening the channel 13 which is controlled by both the rotary slide 19 and the face 14 of the differential piston 3.

Proudění tlakového vzduchu z kompresoru do válce nastává v dolní úvrati pístu 3 (obr, 1), kdy se rotační šoupátko 10 nachází v zakreslené poloze, tj. bod B je v pozici 0° = 360°. Již před dosažením této pozice jsou navzájem propojeny kompresorový prostor prostřednictvím kanálu 9 s přepouštěcím kanálem 11. Proudění tlakového vzduchu z kompresorového prostoru do válce 1 může nastat v okamžiku, kdy píst uvolnil při svém sestupu kanál 12 a bod B rotačního šoupátka prošel kolem horní hrany kanálu 13, tj. v poloze rotačního šoupátka (jeho vodu B) odpovídající pozici 330°.The flow of compressed air from the compressor to the cylinder occurs at the bottom dead center of the piston 3 (Fig. 1), when the rotary slide 10 is in the drawing position, ie point B is in the position 0 ° = 360 °. Even before this position is reached, the compressor space is interconnected via a channel 9 with a transfer channel 11. The flow of compressed air from the compressor space to the cylinder 1 can occur when the piston has released the channel 12 on its descent and point B of the rotary slide passes around the upper edge of the channel 13, i.e. in the position of the rotary slide (its water B) corresponding to the 330 ° position.

Tlakový vzduch při proudění z kompresoru do válce 1 motoru plně otevřeným kanálem 9, přepouštěcím kanálem 11 a kanálem 13 ztrácí vlivem přeměny své potenciální energie na energii kinetickou v přepouštěcím kanálu 11 s nabýváním rychlosti svůj tlak až pod úroveň atmosférického tlaku, takže v místě 17 průtokového kanálu 12 (viz obr. 1), kam se přivádí venkovní vzduch trubkou 18, jejím výřezem 19 a otvorem 28, je tento vzduch strháván do válce ejektorovým účinkem.Compressed air from the compressor to the engine cylinder 1 through the fully open duct 9, bypass duct 11 and duct 13 loses its pressure below atmospheric pressure, so that at flow point 17 at the flow rate 17, as a result of converting its potential energy into kinetic energy The duct 12 (see FIG. 1), to which the outside air is supplied through the tube 18, through its cutout 19 and through the opening 28, is entrained into the cylinder by an ejector effect.

Přemístěním hrany A do výchozí polohy 240° na obvodu rotačního šoupátka 10 skončí přívod nasávaného vzduchu do kompresoru 30° za horní úvrati. Volbou polohy hrany A lze dosáhnout vhodné přizpůsobení tlakového průběhu v kompresoru, aniž by to mělo nežádouvcí vliv na ostatní parametry rotačního šoupátka 10. Podobně lze dosáhnout menší změnou polohy výstupní hrany B přizpůsobení tlakového průběhu ve válci motoru.By moving edge A to a starting position of 240 ° on the periphery of the rotary slide 10, the intake air to the compressor 30 ° ends at the top dead center. By selecting the position of the edge A, a suitable adaptation of the pressure curve in the compressor can be achieved without adversely affecting the other parameters of the rotary slide 10. Similarly, a smaller variation in the position of the output edge B can be achieved by adjusting the pressure curve in the cylinder.

Popsaný způsob přeplňování dvoudobých motorů podiferenciálních pístů má tu výhodu, že ve srovnání se čtyřdobými a stejně přeplňovanými motory téhož obsahu se dosahuje při stejných otáčkách dvojnásobný výkon a ve srovnání s dvoudobými a nepřeplňovanými motory dosahuje se výkon, odpovídající příslušnému zvýšení volumetrické účinnosti.The described method of supercharging two-stroke sub-differential piston engines has the advantage that, compared to four-stroke and equally turbocharged engines of the same content, twice the power is achieved at the same speed and, compared to two-stroke and non-turbocharged engines, achieves a corresponding increase in volumetric efficiency.

Tomu napomáhá okolnost, že na rozdíl od běžného provedení dvoudobých motorů, u kterých se výfukový kanál otevírá před koncem expanzního zdvihu dříve než kanál přepouštěcí, se v daném případě otevírá později. Umožňuje to plnicí vzduch o značném tlaku, který nedovolí expandujícím plynům po navázaném spojení kompresoru s motorem vniknout do kompresoru i když je výfukový kanál motoru zatím uzavřen. Tím se prodlouží expanze hořících plynů lepším využitíiú jejich tepelné energie i značným snížením produkce škodlivin.This is aided by the fact that, unlike conventional two-stroke engines, in which the exhaust duct opens before the end of the expansion stroke before the bypass duct, it opens later in the present case. This is achieved by a charge air of considerable pressure, which does not allow the expanding gases to enter the compressor after the compressor has been connected even if the engine exhaust duct is still closed. This will prolong the expansion of the combustion gases by making better use of their thermal energy and significantly reducing the production of pollutants.

Opožděné otevření výfukového kanálu určuje i jeho dřívější uzavření po započetí kompresního zdvihu, když je přepouštěcí kanál dosud otevřen. To zlepšuje volumetrickou účinnost motoru o odpovídajícím množství vzduchu nebo směsi, zatímco u normálního provedení dvoudobýeh motorů dochází ke ztrátě únikem paliva do výfuku, zavíraného později.The delayed opening of the exhaust duct also determines its earlier closure after the start of the compression stroke when the bypass duct is still open. This improves the volumetric efficiency of the engine with the corresponding amount of air or mixture, while in a normal two-stroke engine, fuel loss to the exhaust closing later is lost.

Důležité je i to, že dvoudobé motory podle vynálezu se obejdou bez pomoci klikové skříně, která na rozdíl od běžného provedení dvoudobýeh motorů není zapojena do pracovního oběhu, takže z hlediska provedení i mazání klikového mechanismu mají charakter motorů čtyřdobých.It is also important that the two-stroke engines according to the invention do not require the aid of a crankcase, which, unlike the conventional two-stroke engines, is not connected to the working cycle, so that in terms of design and lubrication the crank mechanism has four-stroke engines.

Je zřejmé, že popsaný způsob přeplňování spalovacích motorů vztažený na dvoudobé motory s výfukem kanálovým lze aplikovat se stejnými výhodami také na dvoudobé motory s výfukem ventilovým.Obviously, the described method of turbocharging of internal combustion engines related to two-stroke engines with channel exhaust can also be applied with the same advantages to two-stroke engines with valve exhaust.

V aplikaci na zážehové motory se popsaný způsob vyznačuje tím, že zpracováním, tj. nasáváním, ohříváním i expandováním zápalné směsi nejdříve v kompresoru se rozprašovanému palivu poskytuje dostatek ěaSu k odpaření, takže vytvoří se vzduchem zcela homogenní směs, která je předpokladem dokonalého spalování i tvorby minimálního množství škodlivin.In the application to petrol engines, the process described is characterized in that by treating, i.e., sucking, heating and expanding the ignition mixture first in the atomized fuel compressor, there is sufficient time to evaporate, so that a completely homogeneous mixture is formed with air. minimum amount of pollutants.

Claims

SUBJECT

1. A two-stroke internal combustion engine with cylindrical turbocharged air supplied by a differential piston whose larger diameter closes the engine cylinder and, in the transition to a smaller diameter, closes the crankcase space, to the cylinder during the expansion stroke of the engine before commencing its compression stroke, characterized in that the compressor space consisting of an annular ring (2) and the cylindrical space of the groove (15) is connected to the working space of the engine cylinder (1) by channels (9, 13) in an insert (24) and a mutually shaped ejector-type overflow channel (11) formed in the rotary slide (10) and provided with an additional medium inlet (20) in its vacuum area (17).

OF THE INVENTION

2. A two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the shaped transfer passage (11) is formed by a cavity between the hub (22) of the raft slide (10) and a pressed ring arranged concentrically around the axis of the additional medium supply tube (18).

A two-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the hub (22) of the rotary slide (10) is provided with a channel (20) for connecting the interior of the tube (18) by cut-out (19). or with a compressor compartment.

4. The two-stroke internal combustion engine of claims 1 to 3, wherein the outer surface of the engine insert (24) has a conical sealing surface (7) formed in the region of the duct openings (9, 13).