RU2118465C1

RU2118465C1 - Double-stroke internal-combustion engine

Info

Publication number: RU2118465C1
Application number: RU96101583A
Authority: RU
Inventors: Б.П. Чоповский; Н.В. Козулин; В.Б. Козулин
Original assignee: Чоповский Борис Петрович
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1998-08-27

Abstract

FIELD: engine manufacture. SUBSTANCE: engine has pistons installed in master cylinder and in pump cylinder which are parallel-mounted and have admission and exhaust ports; pump cylinder operates in phase opposition to master cylinder; both cylinders also have working spaces formed above respective pistons; engine is multirow (double-row) machine with cylinders mounted one on top of other; pistons of cylinders in preceding row are coupled with those of next row; master cylinder is twin structure with two pistons and common combustion chamber providing communication between its two spaces. Piston crank in working space of master cylinder with exhaust port is mounted at angle of deflection equal to shaft turn from piston crank in working space of master cylinder with exhaust port towards shaft rotation for advanced opening and closing of exhaust port in master cylinder relative to admission port. EFFECT: improved economic efficiency and specific power of engine. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДДВС), которые имеют работающие в противофазе друг к другу рабочий и насосный цилиндры. The invention relates to the field of engine building, in particular to two-stroke internal combustion engines (ICE), which have working and pump cylinders operating in antiphase to each other.

В качестве аналога может быть принята конструкция двигателя по патенту США [1] , которая имеет сложную форму рабочего и насосного цилиндра, а в качестве ближайшего прототипа может рассматриваться конструкция двигателя по патенту СССР [2]. As an analog, the engine design according to the US patent [1], which has a complex shape of the working and pump cylinder, can be taken, and the engine design according to the USSR patent [2] can be considered as the closest prototype.

Недостатками прототипа [2] являются малая удельная мощность на единицу массы, низкая экономичность и неэффективная продувка рабочего цилиндра, т.к. в момент продувки впускное и выпускное окно рабочего цилиндра практически находятся на одном уровне по диаметральному сечению рабочего цилиндра. Кроме того, увеличение количества рабочих цилиндров с целью повышения мощности двигателя связано с необходимостью увеличения его габарита по длине и значительного увеличения массы двигателя. The disadvantages of the prototype [2] are the low specific power per unit mass, low efficiency and inefficient purge of the working cylinder, because at the time of purging, the inlet and outlet windows of the working cylinder are practically at the same level along the diametrical section of the working cylinder. In addition, an increase in the number of working cylinders in order to increase engine power is associated with the need to increase its overall length and significantly increase engine mass.

Предлагаемый двигатель, как и прототип, содержит поршни, установленные в расположенных параллельно друг другу и имеющих впускные и выпускные окна рабочем и насосном цилиндре, работающем в противофазе с рабочим цилиндром, а также рабочие полости рабочего и насосного цилиндров, образованные над поршнями одноименных цилиндров. The proposed engine, like the prototype, contains pistons installed in parallel to each other and having inlet and outlet windows of the working and pump cylinders operating in antiphase with the working cylinder, as well as working cavities of the working and pump cylinders formed over the pistons of the same cylinders.

Целью изобретения является увеличение экономичности и удельной мощности двигателя на единицу массы, для чего необходимо уменьшить габариты двигателя по длине и повысить эффективность продувки рабочего цилиндра. The aim of the invention is to increase the efficiency and specific power of the engine per unit mass, for which it is necessary to reduce the dimensions of the engine along the length and increase the efficiency of purging the working cylinder.

Это достигается тем, что он выполнен многорядным (двухрядным) с расположением цилиндров один над другим, у которых поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости. This is achieved by the fact that it is multi-row (double-row) with the cylinders located one above the other, in which the pistons of the cylinders of the previous row are connected by rods to the pistons of the cylinders of the next row, and the working cylinder is made double with two pistons and a common combustion chamber communicating its two working cavities .

Возможны варианты исполнения, в частности, когда кривошип поршня рабочей полости рабочего цилиндра с выпускным окном установлен с отклонением по углу поворота вала от кривошипа поршня рабочей полости цилиндра с впускным окном в направлении вращения вала с возможностью опережения открытия и закрытия выпускного окна рабочего цилиндра по отношению к впускному окну. Variants of execution are possible, in particular, when the crank of the piston of the working cavity of the working cylinder with the exhaust window is installed with a deviation in the angle of rotation of the shaft from the crank of the piston of the working cavity of the cylinder with the inlet window in the direction of rotation of the shaft with the possibility of advancing the opening and closing of the exhaust window of the working cylinder with respect to inlet window.

Изложенная сущность изобретения поясняется на фиг. 1-7, на которых показана конструкция двигателя (фиг. 1), а также схемы расположения поршней и фазы рабочего цикла двигателя по углу поворота вала (фиг.2 -7). The foregoing summary is illustrated in FIG. 1-7, which shows the design of the engine (Fig. 1), as well as the location of the pistons and the phase of the duty cycle of the engine by the angle of rotation of the shaft (Fig.2 -7).

В качестве примера многорядного двигателя рассматривается двухрядный, у которого над рабочим и насосным цилиндром первого ряда расположены рабочий и насосный цилиндры второго ряда. As an example of a multi-row engine, a two-row engine is considered, in which a working and pumping cylinders of the second row are located above the working and pumping cylinders of the first row.

Варианты трех- и более рядных двигателей будут иметь аналогичную конструкцию, в которой цилиндры последующего ряда будут расположены над цилиндрами предыдущего ряда. При этом фазы рабочих цилиндров последующего ряда будут совпадать с фазами цилиндров предыдущего ряда. Поэтому принцип работы многорядного двигателя в варианте, соответствующем п.1 и п.2 формулы изобретения, может быть рассмотрен на примере работы рабочего и насосного цилиндра первого ряда. Options for three or more in-line engines will have a similar design, in which the cylinders of the next row will be located above the cylinders of the previous row. In this case, the phases of the working cylinders of the next row will coincide with the phases of the cylinders of the previous row. Therefore, the principle of operation of a multi-row engine in the embodiment corresponding to claim 1 and claim 2 of the claims can be considered by the example of the working and pump cylinders of the first row.

Двухрядный двигатель содержит в первом ряду сдвоенный рабочий цилиндр 1 с поршнями 2 и 3, с общей камерой сгорания 4 и общей свечой зажигания или форсункой 5 для впрыска топлива, а также насосный цилиндр 6 с поршнем 7. Рабочий цилиндр 1 с поршнем 2 имеет выпускное окно 8, а рабочий цилиндр 1 с поршнем 3 имеет впускное окно 9. Насосный цилиндр 6 имеет впускное окно 10 и выпускное окно 11. Окна 8, 9 и 10 расположены над соответствующими поршнями 2, 3 и 7 при их положении в нижней мертвой точке. Насосный цилиндр 6 имеет выпускное окно 11, соединенное с помощью канала 12 с впускным окном 9. Выпускное окно 11 расположено над поршнем 7 при его положении в верхней мертвой точке. Объемы, описываемые поршнями 2, 3 и 7, образуют над соответствующими поршнями рабочие полости 15, 16 и 17,
Сдвоенный рабочий цилиндр 1 имеет между смежными цилиндрами перегородку 18, которая преграждает прямой путь свежей смеси от впускного окна 9 к выпускному окну 8, что позволяет обеспечить лучшую прямоточную продувку рабочего цилиндра 1 от сгоревших газов и устранить выброс части свежей смеси через выпускное окно 8, что повысит коэффициент наполнения рабочего цилиндра и экономичность двигателя.The two-row engine contains in the first row a double working cylinder 1 with pistons 2 and 3, with a common combustion chamber 4 and a common spark plug or nozzle 5 for fuel injection, and a pump cylinder 6 with a piston 7. The working cylinder 1 with a piston 2 has an exhaust window 8, and the working cylinder 1 with the piston 3 has an inlet window 9. The pump cylinder 6 has an inlet window 10 and an outlet window 11. Windows 8, 9 and 10 are located above the respective pistons 2, 3 and 7 at their position at bottom dead center. The pump cylinder 6 has an outlet window 11 connected via a channel 12 to the inlet window 9. The outlet window 11 is located above the piston 7 at its position at top dead center. The volumes described by the pistons 2, 3 and 7 form working cavities 15, 16 and 17 above the respective pistons,
The double working cylinder 1 has a partition 18 between adjacent cylinders, which blocks the direct path of the fresh mixture from the inlet window 9 to the exhaust window 8, which allows for better direct-purge of the working cylinder 1 from burnt gases and eliminates the ejection of part of the fresh mixture through the exhaust window 8, which increase the filling ratio of the working cylinder and engine efficiency.

Кривошип поршня 2 имеет отклонение по углу поворота вала в направлении вращения от кривошипа поршня 3 на угол α^°, который примерно равен 30^o. В результате при движении поршней 2 и 3 обеспечивается опережение открытия и закрытия выпускного окна 8 по сравнению с впускным окном 9.The crank of the piston 2 has a deviation in the angle of rotation of the shaft in the direction of rotation from the crank of the piston 3 by an angle α ^° , which is approximately equal to 30 ^o . As a result, when the pistons 2 and 3 move, the opening and closing of the outlet window 8 is anticipated in comparison with the inlet window 9.

Высота впускного 9 и выпускного окон 8 может быть одинаковой и выбирается равной величине хода поршня 2 и 3 при их движении от нижней мертвой точки, когда они открыты, до положения, соответствующего повороту кривошипов на угол в момент закрытия поршнями 2 и 3 соответственно окон 9 и 8 (см. фиг. 6). В свою очередь угол между кривошипом поршня 7 и кривошипом поршня 3 принимается равным 180^°-α^° (см. фиг. 7). В результате закрытие поршнем 3 впускного окна 9 происходит в момент подхода поршня 7 насосного цилиндра 6 к верхней мертвой точке, что обеспечивает более полное заполнение рабочего цилиндра 1 свежей смесью, т.к. исключается возможность обратного отсоса смеси в насосный цилиндр при движении поршня 7 вниз от верхней мертвой точки.The height of the inlet 9 and outlet windows 8 can be the same and is chosen equal to the magnitude of the stroke of the piston 2 and 3 when they move from the bottom dead center when they are open, to the position corresponding to the rotation of the cranks at the angle at the moment the pistons 2 and 3 are closed by the windows 9 and 8 (see FIG. 6). In turn, the angle between the crank of the piston 7 and the crank of the piston 3 is taken equal to 180 ^° -α ^° (see Fig. 7). As a result, the piston 3 closes the inlet 9 at the moment the piston 7 of the pump cylinder 6 approaches the top dead center, which ensures a more complete filling of the working cylinder 1 with a fresh mixture, because eliminates the possibility of reverse suction of the mixture into the pump cylinder when the piston 7 moves down from the top dead center.

У двухрядного двигателя над рабочим цилиндром 1 и насосным цилиндром 6 первого ряда во втором ряду установлены рабочий цилиндр 19 и насосный цилиндр 20, имеющие соответственно поршни 21, 22 и 23. При этом поршни 21, 22 и 23 соединены соответствующими штоками 24, 25 и 26 с поршнями 2, 3 и 7. В остальном конструкция второго ряда двигателя аналогична конструкции первого ряда двигателя. In a two-row engine, above the working cylinder 1 and the pump cylinder 6 of the first row, a working cylinder 19 and a pump cylinder 20 are installed in the second row, having pistons 21, 22 and 23, respectively. Moreover, the pistons 21, 22 and 23 are connected by corresponding rods 24, 25 and 26 with pistons 2, 3 and 7. Otherwise, the design of the second row of the engine is similar to the design of the first row of the engine.

Особенностью конструкции двигателя второго ряда и последующих рядов может быть то, что общая камера сгорания 4 рабочего цилиндра 1, а также рабочие полости 15, 16 и 17 рабочего и насосного цилиндров выполнены с двух сторон поршня и обеспечивают цилиндрам двухстороннее действие. В результате в многорядном двигателе в несколько раз увеличивается мощность при уменьшении его массы, т.к. нет необходимости увеличивать длину коленвала и картера двигателя при увеличении количества рабочих полостей цилиндра. Например, если взять двухрядный двигатель, а во втором ряду использовать рабочий цилиндр двухстороннего действия, как показано на фиг. 1, то мощность двигателя по сравнению с известными конструкциями увеличится минимум в два раза без увеличения его габаритов по длине или с минимальным увеличением массы. A design feature of the engine of the second row and subsequent rows may be that the common combustion chamber 4 of the working cylinder 1, as well as the working cavities 15, 16 and 17 of the working and pump cylinders are made on both sides of the piston and provide cylinders with two-sided action. As a result, in a multi-row engine, power increases several times with a decrease in its mass, because there is no need to increase the length of the crankshaft and crankcase while increasing the number of working cavities of the cylinder. For example, if we take a two-row engine, and in the second row use a double-acting working cylinder, as shown in FIG. 1, the engine power in comparison with the known structures will increase at least twice without increasing its dimensions in length or with a minimum increase in mass.

Принцип работы двухрядного двигателя в варианте по пп. 1 и 2 формулы изобретения можно рассмотреть на примере работы цилиндров первого ряда, т.к. рабочие полости первого ряда работают синхронно в той же фазе по углу поворота вала, как и аналогичные рабочие полости второго ряда, находящиеся над поршнем, а во втором ряду в цилиндрах двухстороннего действия рабочие полости рабочего и насосного цилиндров, находящиеся под поршнями, работают в противофазе со смежными полостями, находящимися над поршнями. The principle of operation of a two-row engine in the embodiment of paragraphs. 1 and 2 of the claims can be considered on the example of the operation of the cylinders of the first row, because working cavities of the first row work synchronously in the same phase in the angle of rotation of the shaft, like similar working cavities of the second row located above the piston, and in the second row in the cylinders of double-acting action working cavities of the working and pump cylinders located under the pistons work in antiphase with adjacent cavities located above the pistons.

На фиг. 2 показана фаза рабочего цикла, когда в рабочем цилиндре 1 поршни 2 и 3 идут вниз, а в насосном цилиндре 6 поршень 7 из нижней мертвой точки начинает движение вверх. Закрыты окна 8 и 9 рабочего цилиндра и полностью открыто впускное окно 10 насосного цилиндра 6. В этом случае под действием вакуума происходит заполнение насосного цилиндра 6 свежей смесью. Одновременно происходит рабочий ход в цилиндре 1, т.к. в нем идет горение смеси. In FIG. 2 shows the phase of the duty cycle when in the working cylinder 1 the pistons 2 and 3 go down, and in the pump cylinder 6 the piston 7 starts to move up from the bottom dead center. The windows 8 and 9 of the working cylinder are closed and the inlet window 10 of the pump cylinder 6 is fully open. In this case, under the influence of vacuum, the pump cylinder 6 is filled with fresh mixture. At the same time, a working stroke occurs in cylinder 1, because the mixture is burning in it.

На фиг. 3 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршни 2 и 3 идут вниз, а в цилиндре 6 поршень 7 идет вверх. При подходе поршней 2 и 3 к нижней мертвой точке, когда окна 9 и 10 еще закрыты, начинается открытие выпускного окна 8. В этом случае заканчивается рабочий ход в цилиндре 1, и продолжается сжатие смеси в насосном цилиндре 6. In FIG. 3 shows the phase when pistons 2 and 3 go down in cylinder 1 and piston 7 goes up in cylinder 6. When the pistons 2 and 3 approach the bottom dead center, when the windows 9 and 10 are still closed, the opening of the exhaust window 8 begins. In this case, the stroke in the cylinder 1 ends and the mixture continues to be compressed in the pump cylinder 6.

На фиг. 4 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень 2 из нижней мертвой точки начинает двигаться вверх, а поршень 3 идет вниз. В цилиндре 1 полностью открыто выпускное окно 8 и начинает открываться впускное окно 9. В этом случае закончился рабочий ход в цилиндре 1 и начинается в нем продувка, т.к. смесь из насосного цилиндра 6 через выпускное окно 11 и впускное окно 9 поступает в рабочий цилиндр 1. При этом смесь сначала поступает в рабочую полость 16, а затем в рабочую полость 15, что позволяет обеспе- чить прямоточную продувку цилиндра 1. In FIG. 4 shows the phase when in the cylinder 1 the piston 2 from the bottom dead center starts to move up and the piston 3 goes down. In the cylinder 1, the exhaust window 8 is fully open and the inlet window 9 begins to open. In this case, the stroke in the cylinder 1 has ended and the purge starts in it, because the mixture from the pump cylinder 6 through the outlet window 11 and the inlet window 9 enters the working cylinder 1. In this case, the mixture first enters the working cavity 16, and then into the working cavity 15, which allows direct flow purging of the cylinder 1.

На фиг. 5 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень 2 идет вверх, а поршень 3 вниз. Выпускное окно 8 и впускное окно 9 наполовину открыты. В этом случае продолжается продувка цилиндра 1 свежей смесью от сгоревших газов, а в насосном цилиндре 6 поршень 7 идет вверх и продолжается выталкивание свежей смеси в рабочий цилиндр 1. In FIG. 5 shows the phase when piston 2 goes up in cylinder 1 and piston 3 down. The outlet port 8 and the inlet port 9 are half open. In this case, the cylinder 1 is purged with a fresh mixture of burnt gases, and in the pump cylinder 6, the piston 7 goes up and the fresh mixture continues to be pushed into the working cylinder 1.

На фиг. 6 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень идет вверх, поршень 3 из нижней мертвой точки начинает движение вверх, в цилиндре 6 поршень 7 идет вверх. Выпускное окно закрылось, впускное окно 9 полностью открыто. В этом случае поршень 7 вытесняет сжатую смесь из насосного цилиндра 6 в рабочий цилиндр 1. В цилиндре 1 начинается сжатие смеси. Если объем цилиндра 6 будет больше объема цилиндра 1, то в цилиндре 1 коэффициент наполнения будет больше единицы. In FIG. 6 shows the phase when the piston goes up in the cylinder 1, the piston 3 starts upward from the bottom dead center, and the piston 7 goes up in the cylinder 6. The outlet window is closed, the inlet window 9 is fully open. In this case, the piston 7 displaces the compressed mixture from the pump cylinder 6 into the working cylinder 1. In the cylinder 1, compression of the mixture begins. If the volume of cylinder 6 is greater than the volume of cylinder 1, then in cylinder 1 the fill factor will be more than unity.

На фиг. 7 показана фаза, когда в цилиндре 1 продолжается движение поршней 2 и 3 вверх, а в цилиндре 6 поршень 7 из верхней мертвой точки начинает движение вниз. Все окна 8, 9 и 10 закрыты. В этом случае продолжается сжатие смеси в цилиндре 1, а в цилиндре 6 при движении поршня 7 вниз начинает создаваться разряжение. In FIG. 7 shows the phase when the movement of the pistons 2 and 3 continues upward in the cylinder 1, and in the cylinder 6 the piston 7 starts to move downward from the top dead center. All windows 8, 9 and 10 are closed. In this case, the compression of the mixture in the cylinder 1 continues, and in the cylinder 6, when the piston 7 moves down, a vacuum begins to be created.

Заполнение цилиндра 6 свежей смесью произойдет тогда, когда поршень 7 уйдет вниз и откроется впускное окно 10 (см. фиг. 2), а затем все фазы и циклы повторяются. Filling the cylinder 6 with fresh mixture will occur when the piston 7 goes down and the inlet window 10 opens (see Fig. 2), and then all phases and cycles are repeated.

Claims

\ \ \ 1 1. A two-stroke internal combustion engine containing pistons installed in parallel to each other and having inlet and outlet windows of the working cylinder and pump cylinder operating in antiphase with the working cylinder, as well as working cavities of the working and pump cylinders formed above pistons of the same cylinder, characterized in that it is multi-row (double-row) with the arrangement of the cylinders one above the other, in which the pistons of the cylinders of the previous row are connected by rods to the pistons of the cylinders its row, and the working cylinder is made double with two pistons and a common combustion chamber, communicating its two working cavity. \ \ \ 2 2. The engine according to claim 1, characterized in that the crank of the piston of the working cavity of the working cylinder with the exhaust window is installed with a deviation in the angle of rotation of the shaft from the crank of the piston of the working cavity of the working cylinder with the inlet window in the direction of rotation of the shaft with the possibility of opening ahead and closing the exhaust window of the working cylinder with respect to the inlet window.