RU2008461C1

RU2008461C1 - Two-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2008461C1
Application number: SU894856929A
Authority: RU
Inventors: Николай Семенович Кулешов
Original assignee: Николай Семенович Кулешов
Priority date: 1989-08-13
Filing date: 1989-08-13
Publication date: 1994-02-28
Also published as: LV5319A3; LV15695DA

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: two-stroke internal combustion engine has air cleaner 1, air blower sleeve 2, air blower piston 3, plate members 4 secured on piston 3, air spaces 5 and 6, combustion chamber air space 7, rod 8 of stepped piston 9 and air space 10. It has also valve box 11 with plate members 12 and crank chamber air space 13. Exhaust manifold is made in form of space 14, slots 15 in sleeve 16 and combustion chamber air space 7. Valve box 11 is secured on crankcase 17 which accommodates crank 18 connected by connecting rod 19 with stepped piston 9 reciprocating in cylinder 20. Fitted in cylinder 20 are sleeve 16, air blower sleeve 2, seal 21 of rod 8 of stepped piston 9 and spark plug 22. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с нагнетателями для заполнения цилиндров. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to two-stroke internal combustion engines with superchargers for filling cylinders.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, снабженный окном подачи богатой топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и окном подачи бедной топливо-воздушной смеси в камеру сгорания, кривошипную камеру с расположенным в ней кривошипно-шатунным механизмом, канал подачи воздуха, расположенные на противоположных сторонах кривошипной камеры в одной плоскости, смесевой патрубок, воздушный патрубок и два перепускных канала [1] . Known two-stroke internal combustion engine containing at least one cylinder equipped with a window for supplying a rich air-fuel mixture to the combustion chamber and a window for supplying a poor air-fuel mixture to the combustion chamber, a crank chamber with a crank mechanism located therein, an air supply channel located on opposite sides of the crank chamber in one plane, a mixture pipe, an air pipe and two bypass channels [1].

Однако известный двигатель имеет недостаточную удельную мощность. However, the known engine has insufficient power density.

Известен также двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем и выполненным в нем выпускным окном, головку рабочего цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, по меньшей мере один соосный цилиндр воздушного нагнетателя с воздушным фильтром, органом впуска и поршнем, закрепленным на ступенчатом поршне при помощи штока, проходящего через головку, камеру сжатия, образованную поршнем нагнетателя и головкой, и камеру сгорания, образованную головкой и ступенчатым поршнем, кинематически связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, расположенным в картере, образующим кривошипную камеру, имеющую канал подачи топливно-воздушной смеси, причем в части штока выполнен осевой канал с двумя рядами радиальных отверстий, первый из которых расположен вблизи поршня нагнетателя, а второй - на расстоянии, не меньшем толщины головки [2] . A two-stroke internal combustion engine is also known, comprising at least one working cylinder with a step piston located therein and an exhaust window formed therein, a working cylinder head with a spark plug installed in it, at least one coaxial cylinder of an air supercharger with an air filter, an organ the inlet and the piston mounted on the stepped piston using a rod passing through the head, a compression chamber formed by the supercharger piston and the head, and a combustion chamber formed by the head and a stepped piston kinematically connected by means of a connecting rod with a crankshaft located in the crankcase, forming a crank chamber having a fuel-air mixture supply channel, and in the rod part an axial channel is made with two rows of radial holes, the first of which is located near the supercharger piston, and the second - at a distance not less than the thickness of the head [2].

Однако и этот двигатель имеет недостаточную удельную мощность. However, this engine also has insufficient power density.

Целью изобретения является повышение экономичности и удельной мощности двигателя внутреннего сгорания. The aim of the invention is to increase the efficiency and specific power of an internal combustion engine.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один рабочий цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем и выполненным в нем выпускным окном, головку рабочего цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, по меньшей мере один соосный цилиндр воздушного нагнетателя с воздушным фильтром, органом впуска и поршнем, закрепленным на ступенчатом поршне при помощи штока, проходящего через головку, камеру сжатия, образованную поршнем нагнетателя и головкой, и камеру сгорания, образованную головкой и ступенчатым поршнем, кинематически связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, расположенным в картере, образующим кривошипную камеру, имеющую канал подачи топливно-воздушной смеси, причем в части штока выполнен осевой канал с двумя рядами радиальных отверстий, первый из которых расположен вблизи поршня нагнетателя, а второй - на расстоянии, не меньшем толщины головки, орган впуска нагнетателя выполнен в виде отверстий в его поршне, снабженном пластинчатыми элементами для их закрытия и открытия, осевой канал штока выполнен на всю его длину, а в днище ступенчатого поршня выполнено соосное отверстие, сообщающее осевой канал штока с кривошипной камерой. Кроме того, канал подачи топливно-воздушной смеси снабжен клапанной коробкой, расположенной соосно ступенчатому поршню. This goal is achieved by the fact that in a two-stroke internal combustion engine containing at least one working cylinder with a step piston located therein and an exhaust window formed therein, a working cylinder head with an spark plug installed therein, at least one coaxial cylinder of the air blower with an air filter, an intake body and a piston mounted on a stepped piston with a rod passing through the head, a compression chamber formed by a supercharger piston and a head, and a combustion chamber formed by a head and a stepped piston kinematically connected by means of a connecting rod with a crankshaft located in the crankcase forming a crank chamber having a fuel-air mixture supply channel, an axial channel with two rows of radial holes, the first of which is located near the supercharger piston, and the second, at a distance not less than the head thickness, the supercharger inlet is made in the form of holes in its piston, equipped with plate elements for closing and opening them, the axial channel the rod is made over its entire length, and a coaxial hole is made in the bottom of the step piston, which communicates the axial channel of the rod with the crank chamber. In addition, the supply channel of the fuel-air mixture is equipped with a valve box located coaxially to the step piston.

Увеличение изменяющегося объема воздушных полостей позволяет увеличить давление топливно-воздушной смеси в них в конце цикла, тем самым повысить эффективность продувки воздушной полости камеры сгорания (газы вытесняются топливно-воздушной смесью), увеличить вес рабочего заряда топливно-воздушной смеси, попадающей в воздушную полость камеры сгорания, что увеличивает мощность двигателя. An increase in the changing volume of air cavities allows increasing the pressure of the fuel-air mixture in them at the end of the cycle, thereby increasing the efficiency of purging the air cavity of the combustion chamber (gases are displaced by the fuel-air mixture), and increasing the weight of the working charge of the fuel-air mixture falling into the air chamber combustion, which increases engine power.

Использование пластинчатых элементов на поршне нагнетателя позволяет открывать и закрывать отверстия в поршне нагнетателя, соединяющие воздушные полости, заблаговременно при изменении направления движения ступенчатого поршня за счет инерционных сил. Например при изменении движения ступенчатого поршня от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) пластинчатые элементы открывают отверстия в поршне нагнетателя, соединяя воздушные полости, при этом в воздушной полости начинает уменьшаться давление и воздух из одной полости перетекает в другую полость через уже открытые отверстия. При изменении движения ступенчатого вала поршня от ВМТ к НМТ пластинчатые элементы закрывают отверстия в поршне нагнетателя, разъединяя воздушные полости, при этом во второй воздушной полости начинает повышаться давление и обе воздушные полости разъединены. The use of plate elements on the piston of the supercharger allows you to open and close the holes in the supercharger piston connecting the air cavities in advance when the direction of movement of the stepped piston changes due to inertial forces. For example, when the step piston moves from bottom dead center (BDC) to top dead center (TDC), the plate elements open the holes in the supercharger piston by connecting air cavities, while pressure in the air cavity begins to decrease and air flows from one cavity to another cavity through already open holes. When the movement of the stepped piston shaft from TDC to BDC changes, the plate elements close the holes in the supercharger piston, separating the air cavities, while the pressure starts to increase in the second air cavity and the two air cavities are disconnected.

Размещение клапанной коробки по оси движения ступенчатого поршня уменьшает потеpи на гидравлические сопротивления движению топливно-воздушной смеси, что приводит к повышению коэффициента наполнения воздушных полостей топливно-воздушной смесью, также воздушной полости камеры сгорания, что увеличивает весовой заряд и, как следствие, мощность двигателя. Placing the valve box along the axis of movement of the staged piston reduces losses on hydraulic resistance to the movement of the fuel-air mixture, which leads to an increase in the coefficient of filling of air cavities with the fuel-air mixture, as well as the air cavity of the combustion chamber, which increases the weight charge and, as a result, engine power.

На фиг. 1 представлена схема общего вида двигателя; на фиг. 2-5 - соответственно, сжатие, рабочий ход, выхлоп, продувка. In FIG. 1 shows a diagram of a General view of the engine; in FIG. 2-5 - respectively, compression, stroke, exhaust, purge.

Двигатель внутреннего сгорания с нагнетателями для заполнения цилиндров содержит две магистрали впуска. Первая магистраль впуска состоит из воздушного фильтра 1, гильзы 2 воздушного нагнетателя, поршня 3 воздушного нагнетателя, пластинчатых элементов 4, закрепленных на поршне 3, воздушных полостей 5 и 6, воздушной полости 7 камеры сгорания, штока 8 ступенчатого поршня 9 и воздушной полости 10. Вторая магистраль впуска состоит из клапанной коробки 11 с пластинчатыми элементами 12, воздушной полости 13 кривошипной камеры и воздушной полости 10. Магистраль выхлопа выполнена в виде полости 14, прорезей 15 в гильзе 16 и воздушной полости 7 камеры сгорания. Клапанная коробка 11 закреплена на картере 17, в котором расположен кривошип 18, соединенный шатуном 19 со ступенчатым поршнем 9, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 20. В цилиндр 20 вмонтированы гильза 16, гильза 2 воздушного нагнетателя, уплотнение 21 штока 8 ступенчатого поршня 9 и свеча зажигания 22. An internal combustion engine with superchargers for filling cylinders contains two intake lines. The first intake manifold consists of an air filter 1, a sleeve 2 of an air blower, a piston 3 of an air blower, plate elements 4 fixed to the piston 3, air cavities 5 and 6, the air cavity 7 of the combustion chamber, the rod 8 of the stepped piston 9 and the air cavity 10. The second intake manifold consists of a valve box 11 with plate elements 12, an air cavity 13 of the crank chamber and an air cavity 10. The exhaust line is made in the form of a cavity 14, slots 15 in the sleeve 16 and the air cavity 7 of the combustion chamber. The valve box 11 is mounted on the crankcase 17, in which the crank 18 is located, connected by a connecting rod 19 to a step piston 9, which performs reciprocating movements in the cylinder 20. A sleeve 16, a sleeve 2 of an air supercharger, a seal 21 of the rod 8 of the step piston are mounted 9 and spark plug 22.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При вращении коленчатого вала ступечатый поршень 9 и жестко связанный с ним поршень 3 нагнетателя совершают возвратно-поступательное движение, в результате чего происходит изменение объемов воздушной полости 7 камеры сгорания и воздушных полостей 6 и 10. При движении ступенатого поршня 9 к ВМТ в воздушных полостях 6 и 10 создается разрежение. Воздух, прошедший через воздушный фильтр 1, из воздушной полости 5, отклонив пластинчатые элементы 4, перетекает в воздушную полость 6, а топливно-воздушная смесь, отклонив пластинчатые элементы 12, попадает в воздушную полость 13 кривошипной камеры и из нее в воздушную полость 10. Часть топливно-воздушной смеси из воздушной полости 10 через канал в штоке 8 ступенчатого поршня 9 попадает в воздушную полость 6, создавая в ней обедненную топливно-воздушную смесь. Во время движения ступенчатого поршня 9 к ВМТ в воздушной полости 7 камеры сгорания происходит сжатие рабочего заряда топливно-воздушной смеси, а в конце цикла сжатия - воспламенение рабочего заряда топливно-воздушной смеси от свечи 22 и его горение. После прохождения ВМТ ступенчатый поршень 9 начинает движение к НМТ. За счет энерционных сил при изменении направления движения поршня 3 нагнетателя, пластинчатые элементы садятся на свои гнезда и перекрывают отверстия в поршне нагнетателя, разобщая воздушные полости 5 и 6. При движении ступенчатого поршня 9 к НМТ происходит изменение объемов в воздушных полостях 6 и 10. Топливно-воздушная смесь в воздушной полости 10 и соединенной с ней воздушной полости 13 кривошипной камеры сжимается, так как при повышении давления в воздушной полости кривошипной камеры пластинчатые элементы 12 садятся на свои гнезда в клапанной коробке 11, разобщая воздушную полость 13 с атмосферой. Обедненная топливно-воздушная смесь в воздушной полости 6 также сжимается, так как она разобщена с воздушной полостью 5. Во время сжатия смеси в воздушных полостях 10, 13 и 6 в воздушной полости 6 давление смеси нарастает быстрее, чем в воздушных полостях 10 и 13, поэтому обедненная топливно-воздушная смесь через прорези в штоке 8 ступенчатого поршня 9 вытесняется в воздушную полость в ступенчатом поршне 9 и в верхнюю часть воздушной полости 10. В воздушной полости 7 камеры сгорания происходит догорание рабочего заряда и распирание газов, образовавшихся от сгорания рабочего заряда. В конце рабочего хода при движении ступенчатого поршня 9 к НМТ происходит открытие прорезей 15 в гильзе 16 и газы из воздушной полости 7 камеры сгорания перетекают в воздушную полость 14 через прорези 15 в гильзе 16. Давление газов в воздушной полости 7 камеры сгорания падает. При дальнейшем движении ступенчатого поршня 9 к НМТ открываются прорези в штоке 8 ступенчатого поршня 9 и соединяются воздушная полость 6 с воздушной полостью 7 камеры сгорания. When the crankshaft rotates, the stepped piston 9 and the supercharger piston 3 rigidly connected to it perform reciprocating motion, as a result of which the volume of the air cavity 7 of the combustion chamber and air cavities 6 and 10 changes. When the step piston 9 moves to TDC in air cavities 6 and 10 creates a vacuum. The air passing through the air filter 1 from the air cavity 5, deflecting the plate elements 4, flows into the air cavity 6, and the fuel-air mixture, deflecting the plate elements 12, enters the air cavity 13 of the crank chamber and from it into the air cavity 10. Part of the fuel-air mixture from the air cavity 10 through the channel in the rod 8 of the step piston 9 enters the air cavity 6, creating a depleted fuel-air mixture in it. During the movement of the staged piston 9 to TDC in the air cavity 7 of the combustion chamber, the working charge of the fuel-air mixture is compressed, and at the end of the compression cycle, the working charge of the fuel-air mixture is ignited from the candle 22 and burns. After the passage of the TDC, the stepped piston 9 begins to move to the BDC. Due to energy forces, when the direction of movement of the piston 3 of the supercharger changes, the plate elements sit on their nests and block the holes in the supercharger piston, separating the air cavities 5 and 6. When the step piston 9 moves to the BDC, the volumes in the air cavities 6 and 10 move. Fuel - the air mixture in the air cavity 10 and the air cavity 13 of the crank chamber connected to it is compressed, since with increasing pressure in the air cavity of the crank chamber, the plate elements 12 sit on their nests in the valves box 11, separating the air cavity 13 with the atmosphere. The depleted fuel-air mixture in the air cavity 6 is also compressed, as it is disconnected from the air cavity 5. During compression of the mixture in the air cavities 10, 13 and 6 in the air cavity 6, the pressure of the mixture increases faster than in the air cavities 10 and 13, therefore, the depleted fuel-air mixture through the slots in the rod 8 of the step piston 9 is displaced into the air cavity in the step piston 9 and into the upper part of the air cavity 10. In the air cavity 7 of the combustion chamber, the working charge is burned out and the gases burst, forming They are from the combustion of the working charge. At the end of the working stroke, when the step piston 9 moves towards the BDC, the slots 15 open in the sleeve 16 and gases from the air cavity 7 of the combustion chamber flow into the air cavity 14 through the slots 15 in the sleeve 16. The gas pressure in the air cavity 7 of the combustion chamber drops. With further movement of the step piston 9 to the BDC, slots open in the rod 8 of the step piston 9 and the air cavity 6 is connected to the air cavity 7 of the combustion chamber.

Обедненная топливно-воздушная смесь из воздушной полости 6 и воздушной полости в ступенчатом поршне 9 перетекает в воздушную полость 7 камеры сгорания. Давление в воздушной полости 6 падает быстрее, чем в воздушных полостях 10 и 13, особенно после того, как ступенчатый поршень 9, пройдя НМТ, начинает движение к ВМТ. После выравнивания давления в полостях 6 и 10 топливно-воздушная смесь из полости 10 поступает в полость 7, образуя таким образом два слоя в воздушной полости 7 камеры сгорания у выхлопных окон (прорезей 15 в гильзе 16): обедненную топливно-воздушную смесь и нормальную топливно-воздушную смесь у свечи 22. При вытеснении газов из воздушной полости 7 камеры сгорания топливно-воздушной смесью на нерасчетных режимах работы двигателя часть обедненной топливно-воздушной смеси может через прорези 15 попадать в воздушную полость 14, при этом эта часть обедненной топливно-воздушной смеси может быть возвращена в воздушную полость 7 при наличии резонансных выхлопных систем. Достигнутый таким образом режим разделения рабочего заряда на заряд обедненной топливно-воздушной смеси, находящейся у выхлопных окон (прорезей 15), и нормальной топливно-воздушной смеси у свечи 22 позволяет без ухудшения характеристик воспламенения рабочего заряда топливно-воздушной смеси снизить удельный расход топлива и уменьшить выбросы топлива в атмосферу. The depleted fuel-air mixture from the air cavity 6 and the air cavity in the step piston 9 flows into the air cavity 7 of the combustion chamber. The pressure in the air cavity 6 drops faster than in the air cavities 10 and 13, especially after the step piston 9, having passed the BDC, begins to move to the TDC. After equalizing the pressure in the cavities 6 and 10, the air-fuel mixture from the cavity 10 enters the cavity 7, thus forming two layers in the air cavity 7 of the combustion chamber at the exhaust windows (slots 15 in the sleeve 16): depleted air-fuel mixture and normal fuel -air mixture at the candle 22. When gas is displaced from the air cavity 7 of the combustion chamber by the fuel-air mixture at off-design engine operating modes, part of the depleted fuel-air mixture can enter the air cavity 14 through the slots 15, while this part is lunch air-fuel mixture can be returned to the air cavity 7 in the presence of resonant exhaust systems. The thus achieved mode of separation of the working charge into the charge of the depleted fuel-air mixture located at the exhaust windows (slots 15) and the normal fuel-air mixture at the candle 22 allows to reduce the specific fuel consumption and to reduce the specific fuel consumption without deteriorating the ignition characteristics of the working charge of the fuel-air mixture emissions of fuel into the atmosphere.

Таким образом, по сравнению с прототипом увеличивается экономичность двигателя, а мощность увеличивается приблизительно в два раза. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1511443, кл. F 02 B 33/04, 1985. Thus, compared with the prototype increases the efficiency of the engine, and the power increases approximately twice. (56) 1. USSR author's certificate N 1511443, cl. F 02 B 33/04, 1985.

2. Европейcкая заявка N 0223435, кл. F 02 B 33/08, опублик. 1987. 2. European application N 0223435, cl. F 02 B 33/08, published. 1987.

Claims

1. Two-stroke internal combustion engine, comprising at least one working cylinder with a step piston located therein and an exhaust window formed therein, a working cylinder head with a spark plug installed therein, at least one coaxial air blower cylinder with an air filter, an organ the inlet and a piston mounted on a step piston with a rod passing through the head, a compression chamber formed by a supercharger piston and a head, and a combustion chamber formed by a head and a step a cirque, kinematically connected by means of a connecting rod with a crankshaft located in the crankcase, forming a crank chamber having a fuel-air mixture supply channel, and in the rod part an axial channel is made with two rows of radial holes, the first of which is located near the supercharger piston, and the second - at a distance not less than the thickness of the head, characterized in that, in order to increase efficiency and specific power, the supercharger inlet is made in the form of holes in its piston equipped with plate elements for closing and opening, the axial channel of the rod is made to its entire length, and in the bottom of the stepped piston there is a coaxial hole communicating the axial channel of the rod with the crank chamber.

2. The engine under item 1, characterized in that the feed channel of the fuel-air mixture is equipped with a valve box located coaxially with the stepped piston.