RU104972U1

RU104972U1 - ICE OPERATING IN DIESEL OR MIXED MODE WITH OPTIMAL FUEL / AIR RATIO AT THE FULL LOAD RANGE

Info

Publication number: RU104972U1
Application number: RU2010110876/06U
Authority: RU
Inventors: Булат Саяхович Шамаев
Original assignee: Булат Саяхович Шамаев
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2011-05-27

Abstract

1. ДВС, работающий в дизельном или смешанном режиме с оптимальным соотношением топливо-воздух на всем диапазоне нагрузок, содержащий блок управления с датчиками, рабочий цилиндр с поршнем и одной или двумя камерами сжатия (КС) с каталитическим покрытием, одна из которых малого объема, на рабочем цилиндре расположен малый цилиндр с подпружиненным поршеньком внутри, стянутый шпилькой к фасонной шайбе на валу, связанном с управляемым редуктором, оппозитно расположенные поршни на концах толкателя, удерживаемого и скользящего по направляющим, укрепленным на стенках картера, закрепленный на трубчатом валу многолепестковый кулачок, кратный трем, с заданным профилем, обеспечивающий остановку поршней на часть периода колебания в В.М.Т. и в Н.М.Т. и взаимодействующий с толкателем через вал-ролик с нелинейной жесткостью, образованный переменным сечением вала по длине и несколькими канавками, поясами (ребрами) жесткости, канавки смыкаются при заданных усилиях, отличающийся тем, что поршневой палец выполнен с переменным сечением и нелинейной жесткостью, установлен на конце толкателя, причем направляющие, удерживающие толкатель, размещены в отсеке (блок направляющих), укрепленном между корпусами цилиндров и картера. ! 2. ДВС по п.1, отличающийся тем, что направляющие выполнены в виде подшипников с осями, размещенными в корпусе отсека, и снабжены регулировочным устройством, перемещающим ось с подшипниками и центрирующим толкатель. ! 3. ДВС по п.1, отличающийся тем, что фасонная шайба прикреплена к валу с резьбой и гайкой, укрепленной на крышке малого цилиндра, и в зависимости от вида топлива и других условий фиксируется в нуж� 1. An internal combustion engine operating in diesel or mixed mode with an optimal fuel-air ratio over the entire load range, comprising a control unit with sensors, a working cylinder with a piston and one or two compression chambers (CS) with a catalytic coating, one of which is small, on the working cylinder there is a small cylinder with a spring-loaded piston inside, pulled by a pin to a shaped washer on a shaft connected to a controlled gearbox, opposed pistons at the ends of the pusher, held and sliding along the guides, mounted on the walls of the crankcase, a multi-petal cam fixed to a tubular shaft, a multiple of three, with a given profile, providing pistons to stop for part of the oscillation period in V.M.T. and in N.M.T. and interacting with the pusher through a roller shaft with non-linear stiffness, formed by a variable shaft section along the length and several grooves, stiffening belts (ribs), the grooves are closed at predetermined forces, characterized in that the piston pin is made with a variable section and non-linear stiffness, is set to the end of the pusher, and the guides holding the pusher are placed in the compartment (block guides), mounted between the cylinder bodies and the crankcase. ! 2. ICE according to claim 1, characterized in that the guides are made in the form of bearings with axles located in the compartment housing, and are equipped with an adjustment device that moves the axis with bearings and centers the pusher. ! 3. ICE according to claim 1, characterized in that the shaped washer is attached to the shaft with a thread and a nut, mounted on the cover of a small cylinder, and depending on the type of fuel and other conditions is fixed

Description

Известен ДВС бесшатунный, двухтактный который описан патенте №2338912 от 13.02.07 который принят за прототип работающий в Дизельном или смешанном режиме с оптимальным соотношением топлива/воздух на всем диапазоне нагрузок содержащий блок управления с датчиками, рабочий цилиндр с поршнем и одним или двумя камерами сжатия (КС) с каталическим покрытием одна из которых малого объема, на рабочем цилиндре расположен малый цилиндр с подпружиненным поршеньком внутри, стянутый шпилькой к фасонной шайбе на валу связанный с управляемым редуктором, оппозитно расположенные поршни на концах толкателя удерживаемого и скользящего по направляющим укрепленных на стенках картера, закрепленный на трубчатом валу многолепестковый кулачок, кратный трем, с заданным профилем обеспечивающий остановку поршней на часть периода колебания в В.М.Т и Н.М.Т. взаимодействующий с толкателем через вал-ролик с нелинейной жесткостью образованный с переменным сечением вала по длине и несколькими канавками, поясами(ребрами жесткости), канавки смыкаются при заданных усилиях компенсирующий неточность изготовления и ударных нагрузок при детонации.Known ICE, two-stroke, which is described in patent No. 2338912 dated 02.13.07, which is adopted as a prototype operating in a Diesel or mixed mode with an optimal fuel / air ratio over the entire load range containing a control unit with sensors, a working cylinder with a piston and one or two compression chambers (КС) with a catalytic coating, one of which is small, on the working cylinder there is a small cylinder with a spring-loaded piston inside, pulled by a pin to a shaped washer on a shaft connected to a controlled gearbox, opposite Itno pistons arranged on the ends of the pusher and held by sliding on guides fixed on the housing walls secured to the tubular shaft multileaf cam three times with a predetermined profile which provides a stop for the piston part in the wobble period and BDC V.M.T interacting with the pusher through a roller shaft with nonlinear rigidity formed with a variable cross-section of the shaft along the length and several grooves, belts (stiffeners), the grooves are closed at specified forces, compensating for manufacturing inaccuracies and shock loads during detonation.

Недостаток этого двигателя связан с большой инерционной массой колебательной системы образованный упругостью вала-ролика, массами поршней и толкателя создающий высокочастотные свободные колебания при детонации, причем частота этих колебаний должна быть выше чем максимальная частота колебании поршня при максимальных оборотах вала. Второй недостаток - не предусмотрено устройство для точной фиксации и центровки толкатели в требуемом положение, а расположение направляющих внутри картера вызывает затруднение при наладки (сборке) двигателя, а в смешанном режиме работы поддержание вспышки в основной полоти КС и достижении заданной скорости вала при переходе на детонационный режим обеспечивается перемещением подпружиненного поршенька а это связано со значительной инерционностью управления. В прототипе в качестве катализатора используется только углерод входящий в состав водной смеси - эмульсии и в состав покрытия поверхности КС.The disadvantage of this engine is associated with the large inertial mass of the oscillatory system formed by the elasticity of the roller shaft, the masses of the pistons and the pusher creating high-frequency free vibrations during detonation, and the frequency of these oscillations should be higher than the maximum oscillation frequency of the piston at maximum shaft revolutions. The second drawback is that there is no device for precise fixation and centering of the pushers in the required position, and the location of the guides inside the crankcase makes it difficult to set up (assemble) the engine, and in the mixed mode of operation, maintaining the flash in the main fabric of the COP and achieving the specified shaft speed when switching to detonation the mode is provided by moving the spring-loaded piston, and this is due to the significant inertia of the control. In the prototype, only carbon included in the composition of the aqueous mixture - emulsion and in the composition of the surface coating of the COP is used as a catalyst.

Каталическими свойствами разлагающий воду на кислород и водород обладают также такие материалы как карбид алюминия, кальций, лантан, радии и др. которые могут входить в состав сплавов на поверхности КС.Materials that decompose water into oxygen and hydrogen also possess catalytic materials such as aluminum carbide, calcium, lanthanum, radium, etc., which can be part of alloys on the surface of CS.

Цель предполагаемого изобретения: увеличить скорость вращения вала, усовершенствовать устройство для точной центровки толкателя, увеличить гибкость и уменьшить инерционность управления смешанным режимом, а также упростить переход на другой вид топлива или сортность, облегчить пуск двигателя при низких температурах.The purpose of the proposed invention: to increase the speed of rotation of the shaft, to improve the device for precise centering of the pusher, to increase flexibility and reduce the inertia of the mixed-mode control, as well as to simplify the transition to another type of fuel or grade, to facilitate engine starting at low temperatures.

Указанная цель достигается путем компенсации ударных нагрузок поршневым пальцем с переменным сечением и с нелинейной жесткостью, установленный на конце толкателя соединяющий с ним рабочий поршень, а компенсация неточности изготовления и износа осуществляет вал-ролик с переменным сечением опирающийся на кулачек с натягом, причем направляющие удерживающий толкатель размещены в отсеке (блок направляющих) укрепленный между корпусами цилиндров и картера и выполнены в виде подшипников с осями размещенные в корпусе отсека, снабжены регулировочным устройством в виде болтов перемещающих ось с подшипниками в пазах корпуса отсека и центрирующий толкатель точно по линии проходящий через центры осей вала-ролика и вращающегося кулачка, а управление смешанным режимом и детонации достигается путем изменения количества впрыскиваемого водной смеси в зависимости от частоты колебания поршня, а положения фасонной шайбы и поршенька фиксируется (устанавливается) в зависимости вида топлива, сортности, температуры причем подпружиненный поршенек стянут с заданным усилием к фасонной шайбе укрепленный на конце вала с резьбой с возможностью вращения в гайке укрепленный на крышке малого цилиндра, причем вал соединяется с органами управления через редуктор, электропривод и (или) непосредственно, например с помощью тросовой тяги.This goal is achieved by compensating for shock loads with a piston pin with a variable cross section and with non-linear stiffness, a working piston mounted on the end of the pusher connecting the working piston to it, and compensation of manufacturing inaccuracies and wear is carried out by a roller shaft with a variable cross section resting on the cam with an interference fit, the guides holding the pusher placed in the compartment (rail block) mounted between the cylinder and crankcase housings and made in the form of bearings with axes located in the compartment housing, equipped with adjustable a moving device in the form of bolts moving the axis with bearings in the grooves of the compartment housing and the centering pusher passing exactly through the centers of the axes of the roller shaft and the rotating cam, and the mixed mode and detonation control is achieved by changing the amount of the injected water mixture depending on the oscillation frequency of the piston, and the position of the shaped washer and piston is fixed (set) depending on the type of fuel, grade, temperature, and the spring-loaded piston is pulled with a given force to the shaped joint baa fastened to the end of the threaded shaft with a nut rotatably mounted on the lid of a small cylinder, said shaft being connected to controls through a reduction gear, and the drive (or) directly, for example via a rope traction.

Изобретение поясняется чертежами на двух листах где на первом листе, Фиг.1 изображен блок направляющих с частичными разрезами, на втором листе Фиг.2 изображен поршень в разрезах закрепленный на конце толкателя с помощью поршневого пальца с нелинейной жесткостью. На Фиг.3 изображен подпружиненный поршенек с тросовым управлением. На Фиг 1. в корпусе 1 блока направляющих толкателя 2 удерживается и катится по направляющим выполненный в виде подшипников с осями 3 которые могут перемещаться в позах 4 корпуса блока (отсека) с помощью болтов 5 и фиксировать толкатель 2 в требуемом положении. Блок располагается между корпусами цилиндров 6 и картера 7 на трубчатом валу 8 закреплен трехлепестковый кулачок 9 в корпусе которого выполнены каналы 10 образующий центробежный насос создающий давление воздуха в картере которое может поступать по каналам выполненных в корпусах картера, блока 11 к окнам цилиндров.The invention is illustrated by drawings on two sheets where on the first sheet, Figure 1 shows a block of guides with partial cuts, on the second sheet of Figure 2 shows a piston in sections mounted on the end of the pusher using a piston pin with non-linear stiffness. Figure 3 shows a spring-loaded piston with cable control. In Fig 1. in the housing 1 of the guide block of the pusher 2 is held and rolls along the guides made in the form of bearings with axles 3 that can be moved in the poses 4 of the block housing (compartment) using bolts 5 and fix the pusher 2 in the required position. The block is located between the cylinder bodies 6 and the crankcase 7 on a tubular shaft 8. a three-leaf cam 9 is fixed in the housing of which channels 10 are formed, forming a centrifugal pump that creates air pressure in the crankcase that can flow through the channels made in the crankcase, block 11 to the cylinder windows.

На Фиг.2 показан поршневой палец 12 с нелинейной жесткостью образованный канавками 13 и крепящий поршень 14 к концу толкателя 15 две половинки которых стянуты болтом 16. Поршневой палец образует подвижное соединение с поршнем через сухарики 17 позволяющий поршню вращаться вокруг поршневого пальца, а также перемещаться (качаться) вдоль толкателя при упругих деформациях поршневого пальца за счет канавок 13. Конец поршневого пальца 18 выполнен полукруглым. Сухарики 17 удерживаются в круглом отверстии поршня в канавках 19 стопорными кольцами.Figure 2 shows a piston pin 12 with nonlinear rigidity formed by grooves 13 and a fastening piston 14 to the end of the pusher 15 two halves of which are pulled together by a bolt 16. The piston pin forms a movable connection with the piston through crackers 17 allowing the piston to rotate around the piston pin and also to move ( swing) along the pusher with elastic deformations of the piston pin due to the grooves 13. The end of the piston pin 18 is made semicircular. Crackers 17 are held in the round bore of the piston in the grooves 19 by the retaining rings.

На Фиг3 показан малый цилиндр 20 расположенный на крышке рабочего цилиндра 21 с подпружиненным поршеньком 22 стянутый шпилькой 23 к фасонной шайбе 24 который закреплен с валом 25 с резьбой (винт) и с гайкой 26 закрепленной на крышке малого цилиндра. Здесь показан один из вариантов управления валом для перемещения подпружиненного поршенька с помощью тросовой системы 27 связанный с редуктором 28.Figure 3 shows a small cylinder 20 located on the cover of the working cylinder 21 with a spring-loaded piston 22 pulled by a pin 23 to a shaped washer 24 which is fixed with a threaded shaft 25 (screw) and with a nut 26 attached to the cover of the small cylinder. This shows one of the options for controlling the shaft to move the spring-loaded piston using a cable system 27 connected to the gearbox 28.

Работает ДВС следующим образом: в дизельном режиме заданное количество воздуха определяемый положением педали газа, через продувочное окно поступает в цилиндр где сжимается поршнем и в области ВМТ впрыскивается топливо, также определяемый положением педали газа, с оптимальным соотношением топлива/воздух. Под действием высокой температуры топливо сгорает при постоянном объеме КС. Для увеличении мощности увеличивают поступление топлива и воздуха что увеличивает степень сжатия и начиная с определенного предела подпружиненный поршенек, преодолевает сопротивления пружины, смещается вверх и увеличивает объем КС поддерживая давление в КС не превышающий критического уровня тем самым предотвращается перегрев поршня. При смене вида топлива и при низких температурах, при пуске, положение подпружиненного поршенька изменяется в ту или другую сторону с помощью, например тросовой системы 27 связанный с редуктором 28 который вращает вал 25 в гайке 26 и таким образом изменяется положение поршенька 22 применительно к конкретным условиям.The internal combustion engine works as follows: in diesel mode, a predetermined amount of air determined by the position of the gas pedal through the purge window enters the cylinder where it is compressed by the piston and fuel is injected in the TDC area, also determined by the position of the gas pedal, with the optimal fuel / air ratio. Under the influence of high temperature, fuel burns out at a constant volume of CS. To increase power, the flow of fuel and air is increased, which increases the degree of compression and, starting from a certain limit, the spring-loaded piston overcomes the resistance of the spring, moves upward and increases the volume of the compressor while maintaining the pressure in the compressor not exceeding a critical level, thereby preventing piston overheating. When changing the type of fuel and at low temperatures, at start-up, the position of the spring-loaded piston is changed in one direction or another using, for example, a cable system 27 connected to a gearbox 28 which rotates the shaft 25 in the nut 26 and thus changes the position of the piston 22 in relation to specific conditions .

В смешанном режиме в момент закрытия выхлопного окна в рабочий цилиндр впрыскивается водная смесь и вслед за ним топливо при оптимальном соотношении топливо/воздух, количество которых определяется положением педали газа и регулируется блоком управления с соответствующими датчиками. В положении поршня в области ВМТ через форсунку, расположенного в малой полости КС впрыскивается топливо которое вспыхивает под действием температуры меньше температуры в основной полости КС (аналогично дизельного режима) в силу ряда причин, например из-за состава или вида топлива, и (или) из-за процентного малого количества водяных паров в специальной малой полости КС., После вспышки топлива в малой полости КС вспыхивает топливо в большой полости КС где процентное содержание водяных паров больше (до определенного предела). При достижения определенной частоты колебания поршней горючая смесь не успевает сгореть при постоянном объеме большой полости КС. В этом случае блок управления выдает команду на уменьшение подачи водяной смеси и тогда горючая смесь в большой полости КС детонирует после вспышки топлива в малой полости КС. Компенсация удара на подшипники осуществляет упругий поршневой палец 12 который прогибается в канавках 13 края которых смыкаются при усилии не более чем максимальное усилие возникающее в КС в момент детонации и жесткость скачком увеличивается до значения при котором частота собственных свободных колебаний системы вызванные упругостью поршневого пальца и массой одного рабочего поршня превосходит частоту колебании поршней при максимальных оборотах вала, однако края канавки не должны смыкаться при максимальных давлениях в КС возникающий перед моментом детонации. Максимальная скорость вала ограничивается временем сгорания топлива в малой полости при постоянном объеме КС. Скорость можно повысить, если позволяют другие факторы, эл. искровой свечой установленной в специальной полости малого объема. Здесь также, коррекция положения подпружиненного поршенька может осуществляется с помощью тросовой системы 27 при смене вида топлива, температуры или во время пуска, причем эта коррекция может осуществляется, в том числе, и полуавтоматически блоком управления чрез электропривод и редуктор 28 установленных на крышке малого цилиндра 20.In the mixed mode, at the moment the exhaust window is closed, an aqueous mixture is injected into the working cylinder and then fuel at the optimum fuel / air ratio, the amount of which is determined by the position of the gas pedal and is regulated by the control unit with the corresponding sensors. In the position of the piston in the TDC area, fuel is injected through the nozzle located in the small cavity of the CS, which flashes under the influence of temperature less than the temperature in the main cavity of the CS (similar to the diesel mode) for several reasons, for example, due to the composition or type of fuel, and (or) due to the percentage of small amounts of water vapor in the special small cavity of the CS., After an outbreak of fuel in the small cavity of the CS, fuel flashes in the large cavity of the CS where the percentage of water vapor is greater (up to a certain limit). Upon reaching a certain frequency of oscillation of the pistons, the combustible mixture does not have time to burn with a constant volume of a large cavity of the COP. In this case, the control unit gives a command to reduce the flow of the water mixture and then the combustible mixture in the large cavity of the CS detonates after an outbreak of fuel in the small cavity of the CS. Compensation of the impact on the bearings is carried out by an elastic piston pin 12 which bends in the grooves 13 whose edges meet when the force is not more than the maximum force arising in the CS at the moment of detonation and the rigidity jumps to the value at which the frequency of free vibrations of the system caused by the elasticity of the piston pin and mass the working piston exceeds the oscillation frequency of the pistons at maximum shaft revolutions, however, the edges of the grooves should not close at maximum pressures in the CS th before the moment of detonation. The maximum shaft speed is limited by the time of fuel combustion in a small cavity with a constant volume of CS. Speed can be increased if other factors allow, e. a spark plug installed in a special cavity of small volume. Here, also, the correction of the position of the spring-loaded piston can be carried out using a cable system 27 when changing the type of fuel, temperature or during start-up, and this correction can be carried out, including semi-automatically, by the control unit through an electric drive and gearbox 28 mounted on the cover of the small cylinder 20 .

Центровка толкателя в плоскости вращения кулачка осуществляется после сборки и закрепления между собой крышек картера, блока направляющих, половина толкателя путем вращения болтов 5 в блоке направляющих 1 таким образом, чтоб толкатель оставался в устойчивом положении при любом положении многолепесткового кулачка. После этого, с помощью поршневого пальца соединяются между собой толкатель и поршни и затем они вставляются в цилиндры которые крепятся к картеру с блоком направляющих.The pusher is centered in the rotation plane of the cam after assembling and securing the crankcase covers, the guide block, half of the pusher by rotating the bolts 5 in the guide block 1 so that the pusher remains in a stable position at any position of the multi-leaf cam. After that, with the help of a piston pin, the pusher and pistons are connected to each other and then they are inserted into the cylinders which are attached to the crankcase with the block of guides.

Натяг вала-ролика к кулачку и жесткость должны быть таким чтоб, при всех допустимых разбросах размеров при изготовлении, контакт между ними сохранялся при максимальных оборотах вала. В любом случае максимальная скорость ограничивается только прочностью материалов при динамических нагрузках.The tightness of the roller shaft to the cam and the stiffness must be such that, for all permissible variation in dimensions during manufacture, contact between them is maintained at maximum shaft speeds. In any case, the maximum speed is limited only by the strength of the materials under dynamic loads.

Технический результат: облегчается наладка, регулировка двигателя для работы с оптимальным соотношением топлива\воздух на всем диапазоне нагрузокTechnical result: the adjustment is easier, the engine is adjusted to work with the optimal fuel / air ratio over the entire load range

Claims

1. An internal combustion engine operating in diesel or mixed mode with an optimal fuel-air ratio over the entire load range, comprising a control unit with sensors, a working cylinder with a piston and one or two compression chambers (CS) with a catalytic coating, one of which is small, on the working cylinder there is a small cylinder with a spring-loaded piston inside, pulled by a pin to a shaped washer on a shaft connected to a controlled gearbox, opposed pistons at the ends of the pusher, held and sliding along the guides, mounted on the walls of the crankcase, a multi-petal cam fixed to a tubular shaft, a multiple of three, with a given profile, providing pistons to stop for part of the oscillation period in V.M.T. and in N.M.T. and interacting with the pusher through a roller shaft with non-linear stiffness, formed by a variable shaft section along the length and several grooves, stiffening belts (ribs), the grooves are closed at predetermined forces, characterized in that the piston pin is made with a variable section and non-linear stiffness, is set to the end of the pusher, and the guides holding the pusher are placed in the compartment (block guides), mounted between the cylinder bodies and the crankcase.

2. ICE according to claim 1, characterized in that the guides are made in the form of bearings with axles located in the compartment housing, and are equipped with an adjustment device that moves the axis with bearings and centers the pusher.

3. ICE according to claim 1, characterized in that the shaped washer is attached to the shaft with a thread and a nut, mounted on the cover of a small cylinder, and depending on the type of fuel and other conditions is fixed in the desired position with the possibility of remote correction.