RU2094627C1

RU2094627C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2094627C1
Application number: RU9494017179A
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Хохлов
Original assignee: Владимир Борисович Хохлов
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has cylinder with piston, crank chamber with inlet passageway wherein a check valve is mounted, outlet ports, and injection system or carburetor. The engine is also provided with a cooler of supercharged air made up as a diffuser, automatic inlet tape valve mounted in the cylinder head and provided with a shock-absorbing device that arrests movement and absorbs a shock at the end of the stroke of the piston. The fuel injection system or carburetor are mounted upstream from the inlet passageway inside the neck of the cylinder. EFFECT: increased longevity. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам с простыми кривошипно-камерными нагнетателями для продувки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и подачи смазки с использованием давления в кривошипной камере, клапанным механизмам газораспределения и может быть использовано в автомобильных, тракторных, мотоциклетных, судовых и других промышленных ДВС. The invention relates to devices with simple crank chamber blowers for purging internal combustion engines (ICE) and lubricating using pressure in the crank chamber, valve timing and can be used in automobile, tractor, motorcycle, ship and other industrial ICEs.

Известны двухтактные ДВС с кривошипно-камерной продувкой, в которых для продувки используются впускные и выпускные окна, а также двигатели, содержащие автоматические впускные пластинчатые и тарельчатые клапаны в головке поршня вместо выпускных окон. Two-stroke ICEs with a crank chamber purge are known, in which inlet and outlet windows are used for purging, as well as engines containing automatic inlet plate and poppet valves in the piston head instead of outlet windows.

С целью улучшения топливно-экономических и экологических качеств двигателя, снижения расхода масла и повышения долговечности, в отличие от известного двигателя (авт.св. СССР N 1315631, кл. F 02 В 33/04, 1987), в первом варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр через охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод и автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для осуществления прямоточной продувки цилиндра. При этом перед впускным клапаном головки цилиндра с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд. Автоматический впускной клапан в головке цилиндра снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана. Впуск очищенного воздуха в кривошипную камеру производится через обратный клапан. Во втором варианте обратный клапан впуска в кривошипную камеру имеет грибковую форму, снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана и размещен на опоре, ребра жесткости которой являются крыльчаткой. Конец стержня обратного клапана впуска изготавливается коническим, а перед конусом на цилиндрической части стержня выполняется выточка (канавка) для дозирования порции масла. In order to improve the fuel-economic and environmental qualities of the engine, reduce oil consumption and increase durability, in contrast to the well-known engine (ed. St. USSR N 1315631, class F 02 B 33/04, 1987), in the first version of the proposed internal combustion engine the charge from the crank chamber after preliminary compression is supplied to the cylinder through the charge air cooler by a diffuser duct and an automatic inlet poppet valve in the cylinder head for direct flow purging of the cylinder. In this case, a fuel-air charge is prepared in front of the inlet valve of the cylinder head with some delay. The automatic inlet valve in the cylinder head is equipped with a shock-absorbing buffer device to limit the amount of movement and speed of impact at the end of the valve stroke. The purified air is admitted to the crank chamber through a check valve. In the second embodiment, the check valve of the inlet to the crank chamber has a fungal shape, is equipped with a shock-absorbing buffer device to limit the amount of movement and speed of impact at the end of the valve stroke and is placed on a support whose stiffeners are an impeller. The end of the inlet check valve rod is made conical, and a groove is made in front of the cone on the cylindrical part of the rod to dispense a portion of the oil.

В третьем варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр разделенным на два потока: один через автоматический клапан в поршне для петлевой продувки, а другой после охлаждения и ускоренного прохождения в диффузорном воздуховоде через автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для прямоточной продувки цилиндра, при этом для двигателей с искровым зажиганием с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд. In the third version of the proposed ICE, the air charge from the crank chamber after preliminary compression is fed into the cylinder divided into two flows: one through the automatic valve in the piston for loop purging, and the other after cooling and accelerated passage in the diffuser duct through the automatic inlet poppet valve in the cylinder head for direct-flow purge of the cylinder, while for engines with spark ignition with some delay, a fuel-air charge is prepared.

На фиг. 1 приведена схема рабочих органов ДВС первого и второго вариантов с кривошипно-камерной продувкой и грибковым клапаном впуска в кривошипную камеру; на фиг. 2 третий вариант схемы рабочих органов ДВС с кривошипно-камерной продувкой. Направление потоков заряда и отработавших газов условно показано на фигурах стрелками. In FIG. 1 shows a diagram of the working bodies of the internal combustion engine of the first and second variants with a crank-chamber purge and a fungal valve for inlet into the crank chamber; in FIG. 2 the third version of the scheme of the working bodies of the internal combustion engine with a crank chamber purge. The direction of charge and exhaust flows is conventionally shown in the figures by arrows.

Двигатель содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал с шатуном 29, поршень 3, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6, автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, резервуар 16 с маслом, канал 17 масляный, трубку 18 подпитки избыточного давления воздуха в резервуаре, обратный клапан 19 подпитки, канал 20 воздушный, корпус 21, грибковый обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру, диффузорное седло 23 клапана, два нажимных кольца 24 с обратными конусами, упругое элластичное кольцо 25 круглого сечения, пружину 26 клапана впуска, опору 27 клапана, ребра жесткости 28 опоры и корпуса в виде крыльчатки. The engine comprises a crankcase with a crank chamber 1, a cylinder 2, a crankshaft with a connecting rod 29, a piston 3, exhaust slots 4 at the bottom of the cylinder, a cylinder head 5, a spark plug 6, an automatic intake valve 7 in the cylinder head, a valve sleeve 8, shock-absorbing buffer elastic ring 9 of circular cross section, pressure sleeve 10 with reverse cone, nut 11 and cup 12, valve spring 13, carburetor 14 or short diffuser with injection system 14 into the inlet channel, charge air cooler diffuser duct 15, tank 16 with oil channel 17 oil, pipe 18 to feed excess air pressure in the tank, check valve 19 make-up, air channel 20, housing 21, fungal check valve 22 for air inlet to the crank chamber, diffuser seat 23 of the valve, two pressure rings 24 with reverse cones, elastic elastic ring 25 circular cross section, spring 26 of the intake valve, valve support 27, stiffeners 28 of the support and the casing in the form of an impeller.

Третий вариант ДВС содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал и шатун 29, поршень 3, автоматический впускной клапан 30 в поршне, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6 или топливную форсунку 6, дополнительный автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал для двигателей с искровым зажиганием, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, всасывающий обратный клапан 22 в кривошипную камеру. The third version of the internal combustion engine contains a crankcase with a crank chamber 1, a cylinder 2, a crankshaft and a connecting rod 29, a piston 3, an automatic intake valve 30 in the piston, exhaust slots 4 in the lower part of the cylinder, a cylinder head 5, a spark plug 6 or a fuel injector 6 , additional automatic inlet valve 7 in the cylinder head, valve sleeve 8, shock-absorbing elastic ring ring 9 of circular cross section, pressure sleeve 10 with a reverse cone, nut 11 and cup 12, valve spring 13, carburetor 14 or short diffuser with injection system 14 into intake canal for spark ignition engines, the charge air cooler diffuser duct 15, the suction check valve 22 in the crank chamber.

Полный цикл работы двигателя осуществляется за два такта хода поршня. Нагнетание заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня 3 в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда. При движении поршня 3 из нижней мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 и закрытия клапана 7 происходит досжатие топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т. к. обратный клапан впуска 22 автоматически открывается. При подходе поршня к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере, охладителе нагнетаемого воздуха диффузорном воздуховоде и впускном канале головки цилиндра впускной клапан 7 автоматически откроется. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и прямоточная продувка цилиндра воздухом. С некоторым запаздыванием при появлении разрежения в коротком диффузоре производится приготовление топливно-воздушной части заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра топливно-воздушной частью заряда за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрывается под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется. A full cycle of the engine is carried out in two strokes of the piston stroke. The charge is injected into the cylinder 2 through the crank chamber 1 due to the generated pressure from the piston 3 moving from top to bottom in the crank chamber and the diffuser duct, where the fuel-air part of the charge is prepared with some delay. When the piston 3 moves from the bottom dead center (BDC) upward after the outlet windows 4 are closed and the valve 7 is closed, the fuel-air charge is compressed in the cylinder 2, and at the same time, a fresh portion of air is introduced into the crank chamber, since the check valve inlet 22 automatically opens. When the piston approaches its top dead center (TDC), a spark is applied to the spark plug 6 of the combustible mixture with some advance. Due to the pressure of the expanding gases of the burned fuel, the piston travels downward. At the beginning of the piston stroke, when equalizing the pressure values in the intake system and the crank chamber, the air inlet check valve 22 in the crank chamber will automatically close, and the next portion of the fresh air charge will be compressed. At the end of the stroke when opening the edge of the exhaust windows 4, the exhaust gases from the cylinder rush into the exhaust tract. When the gas pressure in the cylinder decreases below the air pressure in the crank chamber, the charge air cooler by the diffuser duct and the inlet channel of the cylinder head, the inlet valve 7 will automatically open. With further movement of the piston down to the BDC, the exhaust gases are simultaneously released and the cylinder is directly purged with air. With some delay, when rarefaction appears in a short diffuser, the fuel-air part of the charge is prepared using a carburetor 14 or the injection system 14. When the outlet windows are closed, the cylinder is somewhat replenished with the fuel-air part of the charge due to the pressure of the preliminary compression of the charge in the crank chamber and diffuser duct , as well as the kinetic energy of the air flow passing through this duct. When equalizing the pressure in the cylinder and the inlet channel of the cylinder head, the valve 7 is automatically closed by the reverse flow of charge and the valve spring 13. Next, the engine cycle is repeated.

Во втором варианте ДВС дозированная подача масла в кривошипную камеру из резервуара 16 происходит по дросселированному каналу 17 путем заполнения дозированной выточки на стержне клапана 22 впуска. При разрежении в кривошипной камере и открытии клапана впуска его выточка выходит за пределы торца опоры, сообщаясь с вакуумом кривошипной камеры и проходящим потоком впускаемого турбулентного заряда воздуха. Мелкие капли масла увлекаются потоком к острому концу клапана, с которого они разбрызгиваются по всей кривошипной камере, в том числе и к трущимся поверхностям. При появлении избыточного давления в кривошипной камере и закрытии клапана впуска его выточка возвращается в замкнутое пространство опоры клапана. За счет избыточного давления в кривошипной камере при движении поршня вниз к ВМТ воздух по каналу 20 открывает обратный клапан 19 подпитки и через трубку 18 попадает в резервуар с маслом, создавая в нем постоянное избыточное давление для очередной дозированной подачи масла. Ввиду удлиненного пути прохождения воздушного заряда через диффузорный воздуховод и изменения направленности его движения унос масла из кривошипной камеры в камеру сгорания будет значительно меньше по сравнению с аналогами. In the second variant of the internal combustion engine, the metered supply of oil to the crank chamber from the reservoir 16 occurs along the throttled channel 17 by filling the metered recess on the shaft of the intake valve 22. During rarefaction in the crank chamber and the opening of the intake valve, its undercut extends beyond the end of the support, communicating with the vacuum of the crank chamber and the passing stream of the intake turbulent air charge. Small droplets of oil are carried away by the flow to the sharp end of the valve, from which they are sprayed throughout the crank chamber, including to rubbing surfaces. When excessive pressure appears in the crank chamber and the intake valve closes, its undercut returns to the closed space of the valve support. Due to the excess pressure in the crank chamber, when the piston moves downward to the TDC, the air through the channel 20 opens the make-up check valve 19 and enters the oil reservoir through the pipe 18, creating a constant excess pressure in it for the next metered oil supply. Due to the elongated path of the air charge passing through the diffuser duct and the change in the direction of its movement, the entrainment of oil from the crank chamber to the combustion chamber will be significantly less in comparison with analogues.

Полный цикл работы третьего варианта ДВС осуществляется за два такта - хода поршня. Нагнетание воздушного заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда для двигателей с искровым зажиганием. При движении поршня 3 из нижний мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 происходит досжатие воздушного или топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т.к. обратный клапан 22 впуска автоматически открывается. При подходе поршня 3 к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением осуществляется впрыск топлива из форсунки 6 для дизелей или подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси для двигателей с искровым зажиганием. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере сначала впускной клапан 30 в поршне, а затем и дополнительный впускной клапан 7 в головке цилиндра автоматически откроются. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и смешанная петлевая и прямоточная продувка цилиндра воздухом. Для двигателей с искровым зажиганием при открытии впускного клапана 7 с некоторым запаздыванием производится приготовление топливно-воздушного охлажденного заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14 и подача приготовленной части заряда в цилиндр. Для дизелей через клапан 7 в цилиндр подается часть охлажденного воздушного заряда. При движении поршня из НМТ вверх клапан 30 в поршне закроется под давлением потока заряда, движущегося с верхней части цилиндра в нижнюю и инерционно-гравитационных сил, действующих на клапан 30. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра свежим зарядом за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и охладительном диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрываются под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется. The full cycle of the third engine is carried out in two cycles - the piston stroke. The air charge is injected into the cylinder 2 through the crank chamber 1 due to the generated pressure from the piston moving from top to bottom in the crank chamber and the diffuser duct, where, with some delay, the fuel-air part of the charge is prepared for spark ignition engines. When the piston 3 moves from the bottom dead center (BDC) upward after the outlet windows 4 are closed, air or fuel-air charge is compressed in the cylinder 2, and at the same time, a fresh portion of air is introduced into the crank chamber, because the inlet check valve 22 automatically opens. When the piston 3 approaches its top dead center (TDC), with some advance, fuel is injected from the nozzle 6 for diesels or a spark is supplied to the spark plug 6 of the combustible mixture for engines with spark ignition. Due to the pressure of the expanding gases of the burned fuel, the piston travels downward. At the beginning of the piston stroke, when equalizing the pressure values in the intake system and the crank chamber, the air inlet check valve 22 in the crank chamber will automatically close, and the next portion of the fresh air charge will be compressed. At the end of the stroke when opening the edge of the exhaust windows 4, the exhaust gases from the cylinder rush into the exhaust tract. When the gas pressure in the cylinder decreases below the air pressure in the crank chamber, first the inlet valve 30 in the piston and then the additional inlet valve 7 in the cylinder head will automatically open. With a further movement of the piston down to the BDC, the exhaust gases are simultaneously released and a mixed loop and direct-flow purge of the cylinder with air occurs. For engines with spark ignition, when the intake valve 7 is opened with some delay, the fuel-air cooled charge is prepared using the carburetor 14 or the injection system 14 and the prepared part of the charge is fed into the cylinder. For diesels, part of the cooled air charge is supplied to the cylinder through valve 7. When the piston moves from the BDC upward, the valve 30 in the piston closes under the pressure of the charge flow moving from the upper part of the cylinder to the lower and inertial-gravitational forces acting on the valve 30. When the outlet windows are closed, the cylinder is replenished with a fresh charge due to the charge pre-compression pressure in the crank chamber and the cooling diffuser duct, as well as the kinetic energy of the air flow passing through this duct. When equalizing the pressure in the cylinder and the inlet channel of the cylinder head, the valve 7 is automatically closed under the action of the reverse flow of charge and the valve spring 13. Next, the engine cycle is repeated.

Claims

1. An internal combustion engine comprising a cylinder with a piston located therein, a crank chamber with an inlet channel in which a check valve with an elastic element is installed, exhaust windows and a fuel injection system or a carburetor, characterized in that it is equipped with a charge air cooler made in in the form of a diffuser duct, an automatic inlet poppet valve installed in the cylinder head, equipped with a shock-absorbing buffer device that limits the movement and speed of impact at the end of the valve stroke while the fuel injection system or carburetor is installed in front of the inlet channel in the cylinder head.

2. An internal combustion engine comprising a cylinder with a piston located therein, a crank chamber with an inlet channel, in which a check valve with an elastic element is installed, exhaust windows and a fuel injection system or a carburetor, characterized in that the check valve of the inlet channel is made mushroom-shaped, placed on a support, the stiffening ribs of which are made in the form of an impeller, and a recess is made on the valve stem, dosing the oil supply together with the air charge from the oil reservoir equipped with an additional return m flap.

3. An internal combustion engine comprising a cylinder with a piston disposed therein, a crank chamber with an inlet channel, in which a check valve with an elastic element is installed, exhaust windows, a fuel injection system or a carburetor, characterized in that the piston is equipped with an automatic poppet valve, and an additional automatic inlet poppet valve is installed in the cylinder head, which is connected to the crank chamber using a diffuser duct.