RU2059848C1

RU2059848C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2059848C1
Application number: RU93010264A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Ильин
Original assignee: Геннадий Васильевич Ильин
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has valve system with mechanical and solenoid drives. The drives permit the engine to be switched from the two-stroke operation to the four-stroke operation and vice versa. EFFECT: enhanced efficiency. 5 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно может быть использовано на транспорте в качестве силовой установки. The invention relates to mechanical engineering and can mainly be used in transport as a power plant.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с лепестковыми (пластинчатыми) или тарельчатыми клапанами и продувочными окнами в цилиндрах. Их основной недостаток повышенная теплонапряженность и потеря рабочего объема цилиндров из-за наличия продувочных окон. Known two-stroke internal combustion engines (ICE) with flap (plate) or poppet valves and purge windows in the cylinders. Their main disadvantage is increased heat intensity and loss of working volume of cylinders due to the presence of purge windows.

Известны четырехтактные ДВС. Они являются менее теплонапряженными, однако, по массогабаритным показателям заметно уступают двухтактным. Four-stroke ICEs are known. They are less heat-stressed, however, in terms of mass and size indicators, they are noticeably inferior to push-pull ones.

Известны ДВС с переключаемым распределительным валом, способные работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклами прототип. Для работы по двухтактному циклу в нем также предусмотрены продувочные окна в цилиндрах, что обуславливает снижение литровой мощности двигателя. Known ICEs with a switchable camshaft, capable of operating both push-pull and four-stroke cycles of the prototype. To operate on a push-pull cycle, it also provides purge windows in the cylinders, which leads to a decrease in the liter engine power.

Целью изобретения являются разработка ДВС, способного работать по двух- и четырехтактному циклам, но не имеющего продувочных окон. The aim of the invention is to develop an internal combustion engine capable of operating on two- and four-stroke cycles, but without purge windows.

Сущность изобретения: в ДВС, содержащем блок цилиндров с головкой блока, поршнями и кривошипным механизмом, размещенным в картере с туннельной посадкой на подшипниках, систему трубонаддува, систему смазки с баком и масляным насосом, систему газораспределения с распределительным валом и тарельчатым выпускным клапаном, а также устройство переключения двигателя для работы как по четырехтактному так и по двухтактному циклам, цилиндры его выполнены гладкими, без продувочных окон, система газораспределения дополнительно содержит впускные клапаны с электромагнитным управлением, размещенные в картере, и впускной подпружиненный клапан, размещенный на жаропрочном седле в головке поршня, а устройство переключения двигателя выполнено в виде подвижных кулачков, управляемых от рейки с вилками. Картер двигателя выполнен сухим, а система смазки содержит выносной бак, инжектор масляного насоса и подводящие магистрали с обратными клапанами для смазки поршней и подшипников, при этом, щеки кривошипа снабжены кольцевыми канавками, а подшипники с двух сторон герметизированы уплотнительными кольцами. Распределительный вал двигателя снабжен червячным устройством для тонкой регулировки фаз газораспределения. Выпускной тарельчатый клапан расположен наклонно к оси цилиндра двигателя. Распределительное устройство двигателя содержит маятниково-роликовый толкатель со штангой и шарнирной опорой, контактирующий с выпускным кулачком. The inventive engine containing a cylinder block with a cylinder head, pistons and a crank mechanism located in a crankcase with a tunnel landing on bearings, a turbocharging system, a lubrication system with a tank and an oil pump, a gas distribution system with a camshaft and a poppet valve, and an engine switching device for operating in both four-stroke and two-stroke cycles, its cylinders are smooth, without purge windows, the gas distribution system further comprises inlet electromagnetic-controlled valves located in the crankcase and an inlet spring-loaded valve located on a heat-resistant seat in the piston head, and the engine switching device is made in the form of movable cams controlled from a rack with forks. The engine crankcase is dry, and the lubrication system contains a remote tank, an oil pump injector and supply lines with check valves for lubricating the pistons and bearings, while the crank cheeks are provided with annular grooves and the bearings are sealed on both sides by o-rings. The camshaft of the engine is equipped with a worm device for fine adjustment of the valve timing. The outlet poppet valve is inclined to the axis of the engine cylinder. The engine switchgear comprises a pendulum-roller pusher with a rod and a pivot bearing in contact with the exhaust cam.

На фиг.1 изображен двигатель, общий вид. Figure 1 shows the engine, a General view.

Показаны: головка цилиндров с тарельчатым клапаном, расположенным под углом к оси цилиндра, кривошипно-шатунный механизм, имеющий туннельную посадку, с фланцем, приводными шестернями для распределительного вала и масляного насоса с инжектором, система смазки для кривошипно-шатунного механизма и распределительный клапан, золотниковый для порционной смазки, питательная трубка, выносной масляный бак. Shown: cylinder head with a poppet valve, located at an angle to the axis of the cylinder, a crank mechanism having a tunnel fit, with a flange, drive gears for a camshaft and an oil pump with an injector, a lubrication system for a crank mechanism and a control valve, spool for batch lubrication, feeding tube, remote oil tank.

На фиг.2 изображена часть картера, карбюратор с воздушным коллектором и фильтром, электромагнитные клапаны с постоянным магнитом, дополнительный магнит для пропуска воздуха при работе по четырехтактному циклу. Figure 2 shows a part of the crankcase, a carburetor with an air manifold and a filter, solenoid valves with a permanent magnet, an additional magnet for air passage during operation on a four-stroke cycle.

На фиг.3 изображен картер с приводным зубчатым ремнем, распределительный вал с прерывателем, впускными и подвижными кулачками, рейкой, переключающим рычагом, включающие контакты для бесконтактных выключателей, секторные пластины, ролико-маятниковый толкатель с выпускным клапаном. Figure 3 shows the crankcase with a drive gear belt, a camshaft with a chopper, intake and movable cams, a rack, a switching lever, including contacts for proximity switches, sector plates, a roller-pendulum pusher with an exhaust valve.

На фиг. 4 изображена часть распределительного вала с опорой и зубчатым ведомым шкивом, червячное устройство для тонкой регулировки, секторные обтекатели с опорой, бесконтактный выключатель. In FIG. 4 shows a part of a camshaft with a support and a gear driven pulley, a worm device for fine adjustment, sector cowls with a support, and a proximity switch.

На фиг.5 изображены щеки с каналами, кольцевые уплотнения подшипников с двух сторон, шатунная шейка с уплотнением, входная трубка для ввода смазки. Figure 5 shows the cheeks with channels, bearing annular seals on both sides, a connecting rod journal with a seal, an inlet tube for introducing lubricant.

На фиг.6 изображен поршень с подпружиненным клапаном и жаропрочным седлом, уплотнительные кольца в головке поршня и уплотнение в юбке, поршневой палец с каналом, вкладышем и уплотнением шатуна. Figure 6 shows a piston with a spring-loaded valve and a heat-resistant seat, o-rings in the piston head and a seal in a skirt, a piston pin with a channel, a liner and a rod seal.

На фиг.7 изображен шестеренчатый насос с инжектором и всасывающим патрубком. 7 shows a gear pump with an injector and a suction pipe.

На фиг.8 изображен оппозитный двигатель с углом развала (например, угол развала равен 165^о).On Fig shows a boxer engine with a camber angle (for example, the camber angle is 165 ^about ).

На фиг. 9 изображена секторная пластина распределительного вала для управления бесконтактными выключателями и выпускными клапанами. In FIG. 9 shows a sector plate of a camshaft for controlling proximity switches and exhaust valves.

На фиг. 10 изображен роликово-маятниковый, с шарнирной опорой толкатель со штангой. На маятнике имеется обтекатель и выпускной кулачок с заходной фаской для ввода взаимодействий с роликом. In FIG. 10 shows a roller-pendulum pivot pusher with a hinged support. The pendulum has a fairing and an exhaust cam with a chamfer to enter interactions with the roller.

На фиг.11 изображен оппозитный двигатель с нагнетателем, воздушными коллекторами, выхлопными каналами. 11 shows a boxer engine with a supercharger, air manifolds, exhaust channels.

На чертеже обозначены: головка цилиндра 1, свеча 2, клапан тарельчатый 3, выпускной канал 4, цилиндр 5, поршень 6 с клапаном 7 и пружиной, поршневой палец 8 с вкладышем, кольцевое уплотнение 9 в юбке, шатун 10, уплотнительное кольцо 11, вкладыш 12, шатунная шейка 13, щеки 14 с кольцевым каналом, кольцевое уплотнение 15, наружная обойма 16 с уплотнением, картер 17, обратная труба 18, нагнетающая трубка 19, фильтр 20, манометр 21, насос 22, инжектор 23, емкость с маслом 24, регулировочный вентиль 25, золотниковый клапан 26, трубка 27, сообщающая трубка 28 с золотником 26, обратная трубка 29, ведущее зубчатое колесо 30, зубчатый ремень 31, ведомое зубчатое колесо 32, регулировочный червяк с червячным колесом 33, распределительный вал 34, кулачки для четырехтактного цикла 35, кулачок для двухтактного цикла 36 с вилками и подвижными рейками, прерыватель 37, бесконтактный выключатель 38, обтекатели 39, фиксирующие гайки 40, обтекателей, бесконтактный выключатель 41 с обтекателем 42 для двухтактного цикла, стойка 43 для распределительного вала, электромагнитный клапан с постоянным магнитом 44, электромагнитный клапан с постоянным магнитом 45 для четырехтактного цикла, блок контактов 46, фильтр воздушный с карбюратором 47, воздушный фильтр 48, ролик 49, штанга 50, стойка 51, обтекатель 52 для включения коромысла 53, натяжной ролик 54, турбонаддув 55, нагнетающий коллектор 56. The drawing shows: cylinder head 1, candle 2, poppet valve 3, exhaust channel 4, cylinder 5, piston 6 with valve 7 and spring, piston pin 8 with liner, O-ring 9 in skirt, connecting rod 10, o-ring 11, liner 12, connecting rod journal 13, cheeks 14 with an annular channel, O-ring 15, outer ring 16 with gasket, crankcase 17, return pipe 18, discharge pipe 19, filter 20, pressure gauge 21, pump 22, injector 23, oil container 24, control valve 25, spool valve 26, pipe 27, communication pipe 28 with spool 26, reverse I have a tube 29, a drive gear 30, a gear belt 31, a driven gear 32, an adjusting worm with a worm gear 33, a camshaft 34, cams for a four-stroke cycle 35, a cam for a two-stroke cycle 36 with forks and movable racks, chopper 37, non-contact switch 38, cowls 39, fixing nuts 40, cowls, proximity switch 41 with cowl 42 for the two-stroke cycle, stand 43 for the camshaft, solenoid valve with a permanent magnet 44, solenoid valve with a permanent mag thread 45 for a four-stroke cycle, terminal block 46, air filter with carburetor 47, air filter 48, roller 49, rod 50, strut 51, cowl 52 for engaging rocker arm 53, tension roller 54, turbocharger 55, charge manifold 56.

Двух-четырехтактный двигатель работает следующим образом. Two-four-stroke engine operates as follows.

При вращении кривошипа 14 вращается ведущее 30 и ведомое 32 зубчатое колесо с зубчатым ремнем 31, приводя во вращение газораспределительный вал 34. При четырехтактном цикле пластинчатый сектор 39 под углом β ^o раскрывает бесконтактный выключатель в цепи через контакт 46, в цепи электромагнитного клапана 44 с постоянным магнитом и в картер 17 поступает топливно-воздушная смесь. Через поршневой клапан 7 с пружиной топливовоздушная смесь под напором поступает из картера 17, поршень 6 с клапаном и пружиной движется в направлении от н. м.т. к в.м.т. идет цикл сжатия топливовоздушной смеси. В это время в картере происходит впуск свежего воздуха от турбонаддува 55 через патрубок 56 и открытый электромагнитный клапан с постоянным магнитом 44. Сжатая топливовоздушная смесь по сигналу от прерывателя 37 поджигается свечой 2 и в цилиндре происходит горение топливовоздушной смеси (рабочий ход, поршень 6 из в.м.т. движется в н.м.т.). В картере 17 происходит сжатие воздуха, при этом, рабочий газ препятствует открытию поршневого клапана 7 с пружиной. Кулачок 35 газораспределительного вала 34, взаимодействуя через ролик 49 с маятником 51 и штангой 50, через коромысло 53 открывает тарельчатый клапан 3. В цилиндре 5 отработанный газ после рабочего хода теряет газовое давление, и сжатый картерный воздух пробивается через поршневой клапан 7 с пружиной. Отработанный газ с воздухом под давлением поршня 6 удаляется ускоренно из полости цилиндра 5, поршень 6 при этом доходит до в.м.т. Из-за повышенного объема воздуха и отработанного газа турбонаддув 55 увеличивает обороты, в результате в картер поступает плотный свежий воздух через воздушный фильтр 20 с карбюратором 47, а через открытый электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом происходит впуск в картер 17 по коллектору 56 топливовоздушной смеси. Под давлением бесконтактного выключателя 38 и пластинчатого сектора 39 электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом закрывается, при этом четырехтактный цикл снова повторяется.When the crank 14 rotates, the drive gear 30 and the driven gear 32 with the toothed belt 31 rotate, driving the gas distribution shaft 34. During a four-stroke cycle, the plate sector 39 at an angle β ^o opens the proximity switch in the circuit through contact 46, in the circuit of the electromagnetic valve 44 with a constant magnet and in the crankcase 17 enters the fuel-air mixture. Through the piston valve 7 with the spring, the air-fuel mixture flows under pressure from the crankcase 17, the piston 6 with the valve and the spring moves in the direction from n. mt to m.t. there is a compression cycle of the air-fuel mixture. At this time, fresh air is introduced into the crankcase from the turbocharger 55 through the pipe 56 and an open solenoid valve with a permanent magnet 44. The compressed air-fuel mixture is ignited by a candle 2 upon the signal from the interrupt 37 and the air-fuel mixture burns in the cylinder (stroke, piston 6 from .m.t. moves in nm.t.). In the crankcase 17, air is compressed, while the working gas prevents the opening of the piston valve 7 with a spring. Cam 35 of the camshaft 34, interacting through the roller 49 with the pendulum 51 and the rod 50, opens the poppet valve 3 through the rocker 53. In the cylinder 5, the exhaust gas loses gas pressure after the stroke and the compressed crankcase air breaks through the piston valve 7 with a spring. The exhaust gas with air under the pressure of the piston 6 is removed accelerated from the cavity of the cylinder 5, the piston 6 in this case reaches VMT Due to the increased volume of air and exhaust gas, the turbocharger 55 increases the speed, as a result, dense fresh air enters the crankcase through an air filter 20 with a carburetor 47, and through the open solenoid valve 44 with a permanent magnet, the air-fuel mixture is introduced into the crankcase 17 through the collector 56. Under the pressure of the proximity switch 38 and the plate sector 39, the permanent magnet solenoid valve 44 closes, and the four-stroke cycle repeats again.

Фиг.1, 2, 3, 4. При двухтактном цикле электромагнитный клапан с постоянным магнитом 45 отключается. 1, 2, 3, 4. When the push-pull cycle, the solenoid valve with a permanent magnet 45 is turned off.

Электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом открывает канал коллектора 56 и от турбонаддува 55 воздушного фильтра и карбюратора 47 поступает топливовоздушная смесь в картер 17. При этом поршень 6 с клапаном 7 и пружиной движется от в.м.т. к н.м.т. и в картере 17 происходит сжатие топливовоздушной смеси. С повышением давления в картере 17, поршневой клапан 7 с пружиной открывается, а в конце выхода отработанного газа выпускной тарельчатый клапан 3 закрывается. A solenoid valve 44 with a permanent magnet opens the channel of the collector 56 and from the turbocharger 55 of the air filter and carburetor 47, the air-fuel mixture enters the crankcase 17. In this case, the piston 6 with the valve 7 and the spring moves from the bm to n.m.t. and in the crankcase 17 there is a compression of the air-fuel mixture. With increasing pressure in the crankcase 17, the piston valve 7 with a spring opens, and at the end of the exhaust gas outlet, the poppet valve 3 closes.

В рабочем цикле участвуют выпускные кулачки 35 и 36, так как газораспределительный вал 34 вращается по отношению к кривошипу 14 при соотношении скоростей 1:2. The exhaust cams 35 and 36 participate in the working cycle, since the gas distribution shaft 34 rotates with respect to the crank 14 with a speed ratio of 1: 2.

Фиг.1, 5, 7. Система смазки работает так: масляный насос 22 подает масло из бака 24 через фильтры 20 по трубке 19 через наружную обойму, состоящую из двух колец 15 в шариковую полость. В щеке 14 имеется кольцевой канал, который сообщается с шатунной шейкой 13 каналами, смазывая подшипник 12. Масло сливается из щеки 14 по каналу 18 и возвращается в бак 24. 1, 5, 7. The lubrication system works as follows: the oil pump 22 delivers oil from the tank 24 through the filters 20 through the tube 19 through an outer casing consisting of two rings 15 into the ball cavity. In the cheek 14 there is an annular channel, which communicates with the connecting rod neck 13 channels, lubricating the bearing 12. The oil is drained from the cheek 14 through the channel 18 and returns to the tank 24.

Фиг. 1, 5, 6, 7. Смазка цилиндра 5 осуществляется по трубке 27 через золотниковый клапан 26, который открывается в н.м.т. поршня 6 от давления в картере 17. По каналу 27 поршневая полость между верхними кольцами и нижним кольцевым уплотнением 9 в юбке заполняется смазкой, попутно смазывается полый поршневой палец 8. Масло возвращается обратно по каналу 29 через золотник 26 в инжектор 23, отсасываясь насосом 22 через инжектор с емкостью 23 и трубкой 29 (фиг.7). FIG. 1, 5, 6, 7. Lubrication of the cylinder 5 is carried out through the tube 27 through the spool valve 26, which opens in NMT piston 6 from the pressure in the crankcase 17. Through channel 27, the piston cavity between the upper rings and the lower O-ring 9 in the skirt is filled with grease, along with the hollow piston pin 8. The oil is returned back through the channel 29 through the spool 26 to the injector 23, aspirated by the pump 22 through an injector with a capacity of 23 and a tube 29 (Fig.7).

Весь кривошипно-шатунный механизм 14 герметизирован уплотнительными кольцами 11 (фиг.5), а поршневой палец вкладыша 8 уплотнен кольцом. При этом картер 11 остается сухим. The entire crank mechanism 14 is sealed with sealing rings 11 (Fig. 5), and the piston pin of the liner 8 is sealed with a ring. In this case, the sump 11 remains dry.

Использование изобретения позволяет улучшить технико-экономические показатели за счет того, что при больших нагрузках, например, свыше 75% от номинальной мощности, двигатель работает по двухтактному циклу, а при малых нагрузках двигатель переходит на работу по четырехтактному циклу. The use of the invention allows to improve technical and economic indicators due to the fact that at high loads, for example, over 75% of the rated power, the engine runs on a push-pull cycle, and at low loads, the engine switches to a four-stroke cycle.

Claims

1. INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a cylinder block with a cylinder head, pistons and a crank mechanism housed in a housing with a tunnel landing on bearings, a turbocharging system, a lubrication system with a tank and an oil pump, a gas distribution system with a camshaft and a poppet exhaust valve, and engine switching device for operation on both four-stroke and two-stroke cycles, characterized in that its cylinders are made smooth without purge windows, the gas distribution system is additional It contains electromagnetic inlet valves located in the crankcase and a spring-loaded inlet valve located on the heat-resistant seat in the piston head, and the engine switching device is made in the form of movable cams controlled from a rack with forks.

2. The engine according to claim 1, characterized in that its crankcase is dry, and the lubrication system contains a remote tank, an oil pump injector and supply lines with check valves for lubricating the pistons and bearings, while the crank cheeks are provided with annular grooves, and the bearings with Both sides are sealed with O-rings.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the camshaft is equipped with a worm device for fine resolution of the valve timing.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the exhaust valve is located obliquely to the axis of the cylinder.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the switchgear comprises a pendulum-roller pusher with a rod and a pivot bearing in contact with the exhaust cam.