RU2173397C1

RU2173397C1 - Two-stroke internal combustion engine with variable-volume combustion chamber

Info

Publication number: RU2173397C1
Application number: RU99126906A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Ибадуллаев
Original assignee: Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed engine has housing, cylinder block, cylinder head, engine cylinder with piston, combustion chamber in cylinder head, intake and exhaust valves installed in cylinder head, and accumulation space arranged in cylinder head and communicating at one side with air or working mixture pressure source and at other side, with combustion chamber. Engine has movable cylinder arranged in combustion chamber, and movable cylinder actuating mechanical. One of bottom of movable cylinder is coupled with rod connected with movable cylinder actuating mechanism. Inlet hole communicating with accumulation space and bypass hole are made in bottoms of movable cylinder. Combustion chamber is limited by cylinder head, outer surface of movable cylinder and piston. Intake valve is arranged inside combustion chamber for movement and periodically overlapping bypass hole of movable cylinder. Intake valve is made for disconnecting combustion chamber and accumulation space in process of combustion, and for subsequent combined movement, together with movable cylinder, into combustion chamber in direction of piston bottom dead center after termination of working stroke and overlapping if bypass hole by intake valve. Intake valve stops together with movable cylinder in process of exhaust when exhaust valve is open. Simultaneously movable cylinder space before intake valve is filled up. With piston moving towards top dead center, movable cylinder can shift towards piston top dead center when intake valve is stopped. At this time accumulation space communicates with combustion chamber through bypass hole. Intake valve can move towards movable cylinder and overlap bypass hole after stopping of movable cylinder. Movable cylinder can change volume of combustion chamber, depending on mode of operation of engine. EFFECT: improved efficiency of operation of two-stroke engine. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям. The invention relates to the field of engine building, in particular to two-stroke engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, блок цилиндров, головку блока, по меньшей мере один цилиндр двигателя с поршнем, по меньшей мере одну камеру сгорания, выполненную в головке блока, впускной и выпускной клапаны, установленные в головке блока, накопительную полость, размещенную в головке блока и сообщенную с одной стороны с источником давления воздуха или рабочей смеси, а с другой стороны - с камерой сгорания, последняя выполнена с возможностью периодического сообщения с накопительной полостью (см. патент США N 5333582, МПК F 02 B 19/02, опубл. 1994 г.). A known internal combustion engine comprising a housing, a cylinder block, a cylinder head, at least one engine cylinder with a piston, at least one combustion chamber made in the cylinder head, intake and exhaust valves installed in the cylinder head, a storage cavity located in the head of the block and communicated on the one hand with a source of air pressure or a working mixture, and on the other hand with a combustion chamber, the latter is made with the possibility of periodic communication with the storage cavity (see US patent N 5333582 IPC F 02 B 19/02, publ. 1994).

Недостаток известного двигателя заключается в недостаточно эффективном двухтактном процессе работы двигателя вследствие невозможности регулирования объемом камеры сгорания в зависимости от режима работы двигателя. A disadvantage of the known engine is the insufficiently efficient push-pull process of the engine due to the inability to control the volume of the combustion chamber depending on the mode of operation of the engine.

Задачей изобретения является повышение эффективности двухтактного процесса работы двигателя. The objective of the invention is to increase the efficiency of the push-pull process of the engine.

Поставленная задача решается тем, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания с переменным объемом камеры сгорания, содержащий корпус, блок цилиндров, головку блока, по меньшей мере один цилиндр двигателя с поршнем, по меньшей мере одну камеру сгорания, выполненную в головке блока, впускной и выпускной клапаны, установленные в головке блока, накопительную полость, размещенную в головке блока и сообщенную с одной стороны с источником давления воздуха или рабочей смеси, а с другой стороны - с камерой сгорания, последняя выполнена с возможностью периодического сообщения с накопительной полостью, согласно изобретению двигатель снабжен подвижным цилиндром, размещенным в камере сгорания, механизмом перемещения подвижного цилиндра, одно из днищ подвижного цилиндра сопряжено со штоком, связанным с механизмом перемещения подвижного цилиндра, в днищах подвижного цилиндра выполнено по меньшей мере одно впускное отверстие, сообщенное с накопительной полостью и по меньшей мере одно перепускное отверстие, камера сгорания ограничена головкой блока, наружной поверхностью подвижного цилиндра и поршнем, впускной клапан размещен внутри камеры сгорания с возможностью перемещения и периодического перекрытия, перепускного отверстия подвижного цилиндра, при этом впускной клапан выполнен с возможностью разобщения камеры сгорания с накопительной полостью во время процесса сгорания путем перекрытия перепускного отверстия, а также с возможностью после окончания рабочего хода последующего совместного перемещения с подвижным цилиндром в камеру сгорания в сторону нижней мертвой точки поршня и с возможностью перекрытия впускным клапаном перепускного отверстия, а также остановки совместно с подвижным цилиндром впускного клапана во время процесса выхлопа при открытом выпускном клапане и процесса заполнения полости подвижного цилиндра перед впускным клапаном, причем при перемещении поршня к верхней мертвой точке подвижный цилиндр имеет возможность переместиться к верхней мертвой точке поршня при остановленном впускном клапане, сообщая накопительную полость через перепускное отверстие с камерой сгорания, впускной клапан имеет возможность перемещения к подвижному цилиндру и перекрытия перепускного отверстия после остановки подвижного цилиндра, а подвижный цилиндр выполнен с возможностью изменения объема камеры сгорания в зависимости от режима работы двигателя. The problem is solved in that a two-stroke internal combustion engine with a variable volume of the combustion chamber, comprising a housing, a cylinder block, a cylinder head, at least one cylinder of the engine with a piston, at least one combustion chamber made in the cylinder head, intake and exhaust valves installed in the head of the block, the storage cavity located in the head of the block and communicated on the one hand with a source of air pressure or working mixture, and on the other hand with a combustion chamber, the latter is made with the possibility According to the invention, the engine is equipped with a movable cylinder located in the combustion chamber, a mechanism for moving the movable cylinder, one of the bottoms of the movable cylinder is coupled to a rod connected to the mechanism for moving the movable cylinder, at least one inlet is made in the bottoms of the movable cylinder a hole in communication with the storage cavity and at least one bypass hole, the combustion chamber is limited by the head of the block, the outer surface of the slide cylinder and piston, the inlet valve is placed inside the combustion chamber with the ability to move and periodically shut off the bypass hole of the movable cylinder, while the inlet valve is configured to disconnect the combustion chamber from the storage cavity during the combustion process by blocking the bypass hole, and also with the possibility after the end of the working stroke of the subsequent joint movement with the movable cylinder into the combustion chamber towards the bottom dead center of the piston and with the possibility of overlapping by the inlet valve of the bypass hole, as well as stops together with the movable cylinder of the intake valve during the exhaust process when the exhaust valve is open and the cavity of the movable cylinder is filled in front of the inlet valve, and when the piston moves to the top dead center, the movable cylinder is able to move to top dead center the piston when the inlet valve is stopped, communicating the accumulation cavity through the bypass hole with the combustion chamber, the inlet valve can move contact to the movable cylinder and overlap the bypass hole after stopping the movable cylinder, and the movable cylinder is configured to change the volume of the combustion chamber depending on the mode of operation of the engine.

Кроме того, поставленная задача может быть достигнута и тем, что двигатель может быть снабжен устройствами для регулирования хода подвижного цилиндра и впускного клапана, связанными с органом управления двигателем, в камере сгорания могут быть выполнены ограничители хода подвижного цилиндра, а шток впускного клапана может быть размещен внутри штока подвижного цилиндра. In addition, the task can be achieved by the fact that the engine can be equipped with devices for regulating the stroke of the movable cylinder and the intake valve associated with the engine control element, the stroke limiters of the movable cylinder can be made in the combustion chamber, and the intake valve stem can be placed inside the rod of the movable cylinder.

На фиг. 1 показано положение подвижного цилиндра и впускного клапана во время рабочего хода в режиме максимальной мощности;
на фиг. 2 - показано положение подвижного цилиндра и впускного клапана во время рабочего хода в режиме минимальной мощности;
на фиг. 3 - показано положение подвижного цилиндра и впускного клапана при перемещении их к нижней мертвой точке поршня;
фиг. 4 - показано крайнее нижнее положение остановленных подвижного цилиндра и впускного клапана во время выхлопа;
фиг. 5 - показано положение подвижного цилиндра в крайнем верхнем положении при продувке камеры сгорания.In FIG. 1 shows the position of the movable cylinder and the intake valve during the stroke in maximum power mode;
in FIG. 2 - shows the position of the movable cylinder and the intake valve during the stroke in the minimum power mode;
in FIG. 3 - shows the position of the movable cylinder and the intake valve when moving them to the bottom dead center of the piston;
FIG. 4 - shows the extreme lower position of the stopped movable cylinder and intake valve during exhaust;
FIG. 5 - shows the position of the movable cylinder in its highest position when the combustion chamber is purged.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, блок цилиндров, головку 4 блока, по меньшей мере один цилиндр 1 двигателя с поршнем 2, по меньшей мере одну камеру сгорания 12, впускной и выпускной клапаны 8 и 5? соответственно установленные в головке 4 блока. Накопительная полость 11 размещена в головке 4 блока и сообщена с одной стороны с источником давления воздуха или рабочей смеси, а с другой стороны - с камерой сгорания 12, последняя выполнена с возможностью периодического сообщения с накопительной полостью 11. Двигатель снабжен подвижным цилиндром 6, размещенным в камере сгорания 12, механизмом перемещения подвижного цилиндра, одно из днищ подвижного цилиндра 6 сопряжено со штоком, связанным с механизмом перемещения подвижного цилиндра. В днищах подвижного цилиндра 6 выполнено по меньшей мере одно впускное отверстие, сообщенное с накопительной полостью 11 и по меньшей мере одно перепускное отверстие. Камера сгорания 12 ограничена головкой 4 блока, наружной поверхностью подвижного цилиндра 6, и поршнем 2. A two-stroke internal combustion engine comprises a housing, a cylinder block, a cylinder head 4, at least one cylinder 1 of the engine with a piston 2, at least one combustion chamber 12, intake and exhaust valves 8 and 5? respectively installed in the head 4 of the block. The storage cavity 11 is located in the head 4 of the block and communicated on the one hand with a source of air pressure or a working mixture, and on the other hand with a combustion chamber 12, the latter is made with the possibility of periodic communication with the storage cavity 11. The engine is equipped with a movable cylinder 6, located in the combustion chamber 12, the mechanism for moving the movable cylinder, one of the bottoms of the movable cylinder 6 is associated with a rod associated with the mechanism for moving the movable cylinder. In the bottoms of the movable cylinder 6, at least one inlet is made, in communication with the storage cavity 11 and at least one bypass. The combustion chamber 12 is limited by the head 4 of the block, the outer surface of the movable cylinder 6, and the piston 2.

Впускной клапан 8 размещен внутри камеры сгорания 12 с возможностью перемещения и периодического перекрытия перепускного отверстия, выполненного в днище подвижного цилиндра 6. Впускной клапан 8 выполнен с возможностью разобщения камеры сгорания 12 с накопительной полостью 11 во время процесса сгорания путем перекрытия перепускного отверстия, а также с возможностью после окончания рабочего хода последующего совместного перемещения с подвижным цилиндром 6 в камеру сгорания в сторону нижней мертвой точки поршня 2 и с возможностью перекрытия впускным клапаном 8 перепускного отверстия. Впускной клапан 8 останавливается совместно с подвижным цилиндром 6 во время процесса выхлопа при открытом выпускном клапане 5, при этом идет процесс заполнения полости подвижного цилиндра 6 перед впускным клапаном. The inlet valve 8 is placed inside the combustion chamber 12 with the ability to move and periodically block the bypass hole made in the bottom of the movable cylinder 6. The inlet valve 8 is configured to disconnect the combustion chamber 12 with the storage cavity 11 during the combustion process by blocking the bypass hole, as well as the possibility, after the end of the working stroke, of further joint movement with the movable cylinder 6 into the combustion chamber towards the bottom dead center of the piston 2 and with the possibility of overlapping the inlet valve 8 of the bypass hole. The intake valve 8 stops together with the movable cylinder 6 during the exhaust process with the exhaust valve 5 open, while the process of filling the cavity of the movable cylinder 6 in front of the intake valve is in progress.

При перемещении поршня 2 к верхней мертвой точке подвижный цилиндр 6 имеет возможность переместиться к верхней мертвой точке поршня 2 при остановленном впускном клапане 8, в это время происходит сообщение накопительной полости 11 через перепускное отверстие с камерой сгорания 12. Далее впускной клапан 8 перемещается к подвижному цилиндру 6 и перекрывает перепускное отверстие остановленного подвижного цилиндра 6. Подвижный цилиндр 6 выполнен с возможностью изменения объема камеры сгорания 12 в зависимости от режима работы двигателя. Двигатель снабжен устройством 7 для регулирования хода подвижного цилиндра 6 и устройством 9 для регулирования хода впускного клапана 8, связанными с органом управления двигателем, например педалью акселератора. When moving the piston 2 to the top dead center, the movable cylinder 6 is able to move to the top dead center of the piston 2 with the inlet valve 8 stopped, at this time the accumulation cavity 11 communicates through the bypass hole with the combustion chamber 12. Next, the inlet valve 8 moves to the movable cylinder 6 and closes the bypass hole of the stopped movable cylinder 6. The movable cylinder 6 is configured to change the volume of the combustion chamber 12 depending on the operating mode of the engine. The engine is equipped with a device 7 for controlling the stroke of the movable cylinder 6 and a device 9 for regulating the stroke of the intake valve 8, associated with the engine control, for example an accelerator pedal.

В камере сгорания 12 выполнены ограничители хода подвижного цилиндра 6. Шток впускного клапана 8 размещен внутри штока подвижного цилиндра 6. В накопительной полости 11 размещаются датчики 13 давления и датчик 14 температуры. Подачу свежего заряда в накопительную полость 11 осуществляет источник давления воздуха или горючей смеси, например компрессор 10. Производительность компрессора 10 регулируется органом управления двигателем. Поршень 2 через шатун 3 связан с коленчатым валом. In the combustion chamber 12, the stroke limiters of the movable cylinder 6 are made. The inlet valve stem 8 is located inside the rod of the movable cylinder 6. In the storage cavity 11, pressure sensors 13 and a temperature sensor 14 are placed. The supply of fresh charge to the storage cavity 11 is carried out by a source of air pressure or a combustible mixture, for example, compressor 10. The performance of the compressor 10 is regulated by the engine control. The piston 2 through the connecting rod 3 is connected with the crankshaft.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При включении зажигания начинает работать компрессор 10, который создает в накопительной полости 11 необходимое давление. Датчик давления 13 подает сигнал органу управлению о созданном давлении. Включается стартер, который приводит во вращение коленчатый вал 3 двигателя. В зависимости от режима работы двигателя подвижный цилиндр 6 устанавливается в точку C, соответствующую режиму максимальной мощности (см. фиг. 1), или в точку B, соответствующую режиму минимальной мощности (см. фиг. 2), или же в любое промежуточное положение между точками C и B в зависимости от величины требуемой мощности. Начинается процесс сгорания и рабочий ход. When the ignition is turned on, the compressor 10 starts to work, which creates the necessary pressure in the storage cavity 11. The pressure sensor 13 sends a signal to the control about the created pressure. The starter is turned on, which drives the crankshaft 3 of the engine. Depending on the engine operating mode, the movable cylinder 6 is installed at point C, corresponding to the maximum power mode (see Fig. 1), or at point B, corresponding to the minimum power mode (see Fig. 2), or at any intermediate position between points C and B, depending on the amount of power required. The combustion process and the stroke begin.

При перемещении поршня 2 в нижнюю мертвую точку (НМТ) подвижный цилиндр 6 вместе с впускным клапаном 8 перемещается в крайнюю нижнюю точку A, при этом открывается выпускной клапан 5 и начинается выхлоп (см. фиг. 3). При перемещении поршня 2 к верхней мертвой точке (ВМТ) начинается удаление продуктов сгорания через открытый выпускной клапан 5 (см. фиг. 4). При подходе поршня 2 к ВМТ в крайнее верхнее положение перемещается подвижный цилиндр 6, а впускной клапан 8 остается в неподвижном положении, при этом происходит продувка камеры сгорания 12 и рабочей полости цилиндра 2 двигателя, вытеснение продуктов сгорания и заполнение камеры сгорания 12 свежим зарядом воздуха или топливовоздушной смеси (см. фиг. 5). После завершения продувки впускной клапан 8 перемещается в верхнее положение и перекрывает перепускное отверстие подвижного цилиндра 6, разделяя накопительную полость и камеру сгорания 12, где происходит сгорание топлива и повторяется рабочий ход, как указано выше. When moving the piston 2 to the bottom dead center (BDC), the movable cylinder 6 together with the inlet valve 8 moves to the lowermost point A, the exhaust valve 5 opens and the exhaust starts (see Fig. 3). When moving the piston 2 to the top dead center (TDC), the removal of combustion products through the open exhaust valve 5 begins (see Fig. 4). When the piston 2 approaches the TDC, the movable cylinder 6 moves to its highest position, and the intake valve 8 remains stationary, while the combustion chamber 12 and the working cavity of the engine cylinder 2 are purged, the combustion products are expelled and the combustion chamber 12 is filled with a fresh air charge or air-fuel mixture (see Fig. 5). After purging is completed, the inlet valve 8 moves to the upper position and closes the bypass hole of the movable cylinder 6, separating the storage cavity and the combustion chamber 12, where the fuel is burned and the working stroke is repeated, as described above.

Claims

1. Two-stroke internal combustion engine with a variable volume of the combustion chamber, comprising a housing, a cylinder block, a cylinder head, at least one engine cylinder with a piston, at least one combustion chamber made in the block head, intake and exhaust valves installed in the head of the block, the storage cavity located in the head of the block and communicated on the one hand with a source of air pressure or working mixture, and on the other hand with a combustion chamber, the latter is made with the possibility of periodic communication with characterized by the fact that the engine is equipped with a movable cylinder located in the combustion chamber, a mechanism for moving the movable cylinder, one of the bottoms of the movable cylinder is associated with a rod associated with the mechanism for moving the movable cylinder, at least one inlet is made in the bottoms of the movable cylinder communicated with the storage cavity and at least one bypass hole, the combustion chamber is bounded by the head of the block, the outer surface of the movable cylinder, and the piston, inlet valve the pan is placed inside the combustion chamber with the ability to move and periodically block the bypass hole of the movable cylinder, while the inlet valve is configured to disconnect the combustion chamber with the storage cavity during the combustion process by blocking the bypass hole, and also with the possibility of subsequent joint movement with a movable cylinder into the combustion chamber towards the bottom dead center of the piston and the possibility of overlapping bypass valve inlet and the stop, together with the movable cylinder, of the intake valve during the exhaust process with the exhaust valve open and the cavity of the movable cylinder filling the inlet valve, and when the piston moves to top dead center, the movable cylinder has the ability to move to the top dead center of the piston when the inlet valve is stopped, communicating the accumulation cavity through the bypass hole with the combustion chamber, the inlet valve can move to the movable cylinder and shut off I bypass the hole after stopping the movable cylinder, and the movable cylinder is configured to change the volume of the combustion chamber depending on the mode of operation of the engine.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is equipped with devices for regulating the stroke of the movable cylinder and the intake valve associated with the engine control.

3. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the limiters of the stroke of the movable cylinder are made in the combustion chamber.

4. The engine according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the intake valve stem is located inside the rod of the movable cylinder.