RU2338912C1 - Two-stroke rodless ice - Google Patents
Two-stroke rodless ice Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338912C1 RU2338912C1 RU2007105470/06A RU2007105470A RU2338912C1 RU 2338912 C1 RU2338912 C1 RU 2338912C1 RU 2007105470/06 A RU2007105470/06 A RU 2007105470/06A RU 2007105470 A RU2007105470 A RU 2007105470A RU 2338912 C1 RU2338912 C1 RU 2338912C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cam
- shaft
- detonation
- force
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использован для преобразования энергии жидкого, газообразного и др. вида топлива в механическую энергию.The present invention relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines (ICE), and can be used to convert the energy of liquid, gaseous, and other types of fuel into mechanical energy.
Известен двухтактный двигатель, содержащий поршень с головкой и юбкой, служащие для закрытия и перекрытия всасывающих, выхлопных и продувочных окон, расположенных в рабочем цилиндре и с каналами, выполненными в корпусе цилиндра, коленвал, размещенный в картере, сообщающемся с всасывающим окном в положении поршня в его В.М.Т., при котором в картер засасывается горючая смесь, а при движении поршня вниз происходит сжатие в картере, и при открытии продувочного окна, расположенного ниже выхлопного, происходит продувка и наполнение цилиндра горючей смесью с соотношением топливо-воздух, близкой к оптимальному. Причем степень сжатия горючей смеси в камере сгорания (КС) при максимальной мощности достаточно удалена от критической границы порога детонации. Ячейка состоит из цилиндра и полости картера, образующая секцию, которая должна быть изолирована от другой секции в группе. Этот тип двигателя описан в книге «Мотоциклы», автор М.М.Калинин, изд. 1988 г. Стр. 16-18, 21. Недостатки: скорость вращения вала ограничена временем сгорания горючей смеси за время нахождения поршня в области ВМТ. Воздуха недостаточно для продувки и наполнения цилиндра, особенно при больших скоростях вращения вала из-за малой степени сжатия в картере. Малый КПД и значительное загрязнение окружающей среды. Преимущество: нет клапанов в камере сжатия КС. Известны также ДВС с впрыскиванием топлива как в начале, так и в конце фазы сжатия в дизельном режиме, при котором воздух сжат до давления, вызывающего вспышку (горение) топлива и определяемого степенью сжатия для каждого вида топлива. Удаление прорвавшихся газов из картера осуществляется через маслоуловитель-сапун. Этот тип двигателя описан в книге «Устройство автомобилей», 1988 г., Ю.И.Боровских и др. стр.13-19, 55. Недостатки: невозможно соблюдение оптимального соотношения топливо-воздух во всем диапазоне нагрузок, которое соблюдается в инжекторном двигателе с устройством контроля и регулировки впрыскивания топлива, в начале фазы сжатия, в зависимости от поступления воздуха и инициировании вспышки электроискровой свечей. Затруднение запуска в холодное время года, для облегчения которого, например, подогревают топливо свечами накаливания. Малое время на равномерное смесеобразование в КС большого объема за время нахождения поршня в ВМТ обуславливает, как правило, обедненную смесь и малую скорость вращения коленвала и, следовательно, малую литровую мощность. Наддув увеличивает степень сжатия воздуха в КС, но в определенных условиях из-за увеличения поступления воздуха и увеличении давления в КС может вызвать перегрев поршня. Преимущество: высокое значение КПД, обусловленное высоким значением степени сжатия в КС, а также большой крутящий момент на валу при малых и средних скоростях вращения вала.Known two-stroke engine containing a piston with a head and a skirt, used to close and overlap the suction, exhaust and purge windows located in the working cylinder and with channels made in the cylinder body, a crankshaft located in the crankcase communicating with the suction window in the piston position in V.M.T., in which a combustible mixture is sucked into the crankcase, and when the piston moves down, compression occurs in the crankcase, and when the purge window located below the exhaust is opened, the mountains cylinder is purged and filled a mixture whose air-fuel ratio is close to optimal. Moreover, the compression ratio of the combustible mixture in the combustion chamber (KS) at maximum power is quite far from the critical boundary of the detonation threshold. The cell consists of a cylinder and a crankcase cavity forming a section that must be isolated from another section in the group. This type of engine is described in the book "Motorcycles," by M. M. Kalinin, ed. 1988 pp. 16-18, 21. Disadvantages: the shaft rotation speed is limited by the time of combustion of the combustible mixture while the piston is in the upper dead center. There is not enough air to purge and fill the cylinder, especially at high shaft speeds due to the low degree of compression in the crankcase. Low efficiency and significant environmental pollution. Advantage: there are no valves in the compressor compression chamber. ICEs with fuel injection are also known both at the beginning and at the end of the compression phase in diesel mode, at which the air is compressed to the pressure that causes the fuel to flash (burn) and is determined by the compression ratio for each type of fuel. The removal of bursting gases from the crankcase is carried out through an oil catch-breather. This type of engine is described in the book “The device of cars”, 1988, Yu.I. Borovskikh et al. Pp. 13-19, 55. Disadvantages: it is impossible to maintain the optimal fuel-air ratio in the entire load range, which is observed in the injection engine with a device for monitoring and adjusting fuel injection, at the beginning of the compression phase, depending on the intake of air and the initiation of an outbreak of spark plugs. The difficulty of starting in the cold season, to facilitate which, for example, heat fuel with glow plugs. The short time for uniform mixture formation in large-volume compressor units during the time the piston is in the TDC results, as a rule, in a lean mixture and low crankshaft rotation speed and, therefore, low liter power. Supercharging increases the degree of air compression in the compressor, but under certain conditions, due to an increase in air intake and an increase in pressure in the compressor, it can cause overheating of the piston. Advantage: high efficiency, due to the high value of the compression ratio in the COP, as well as high torque on the shaft at low and medium shaft speeds.
Известен также четырехтактный бесшатунный ДВС с регулированием степени сжатия, как ступенчато, так и плавно для поддержания степени сжатия горючей смеси с оптимальным соотношением топлива к воздуху, поступающему с наддувом с давлением достаточно близким к границе порога детонационной вспышки топлива с катализатором и разных сортов, с момента нахождения поршня в области в ВМТ. Например, магнитострикционным или электроискровым устройством, установленным в специальной полости малого объема КС с каталитическим покрытием. Причем критическое давление порога детонации, перекрываемого электроискровой свечой, удалено значительно больше, по сравнению с магнитострикционным преобразователем. Содержащийся на валу многолепестковый кулачок имеет профиль, очерченный для трехлепесткового кулачка по гармоническому закону колебаний поршня и с возможностью его остановки на часть периода колебаний как в ВМТ, так и в НМТ. Блок управления связан с соответствующими датчиками и управляющим поршеньком через, например, электропривод с редуктором находящиеся на крышке КС оппозитно расположенных цилиндров в ячейках секции. Подпружиненные поршни стянуты шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе толкателем. Толкатель выполнен из двух элементов, охватывающих кулачок и скрепленных между собой. Толкатель удерживается и перемещается (катится) по направляющим, расположенным на крышках картера, и между элементами толкателя размещен ролик с осью нелинейной жесткостью, опирающийся на кулачек с натягом с заданным усилием, а затем скачком увеличивающий жесткость до заданного значения при смыкании краев канавки (пояса жесткости) заданного размера и формы. Причем часть направляющих при сборке механизма перемещается какими-либо устройствами с заданным усилием и фиксируют толкатель с роликом в центральном положении. Таким образом создается необходимый натяг, компенсирующий неточности изготовления и износа. Этот тип двигателя описан в Российском патенте №2278282 от 2004 г., который принят за прототип. Здесь одно из преимуществ - это замена бокового трения скольжения по стенке цилиндра на трение качения в направляющих.Also known is a four-stroke rodless ICE with compression ratio control, both stepwise and smoothly, to maintain the compression ratio of the combustible mixture with the optimal ratio of fuel to air supplied with pressurization with a pressure close enough to the threshold threshold of a detonation flash of fuel with the catalyst and of various grades, from the moment of finding the piston in the area at TDC. For example, a magnetostrictive or electrospark device installed in a special cavity of a small volume of CS with a catalytic coating. Moreover, the critical pressure of the detonation threshold blocked by the electric spark plug is removed much more, compared with the magnetostrictive transducer. The multi-leaf cam contained on the shaft has a profile outlined for a three-leaf cam according to the harmonic law of piston vibrations and with the possibility of stopping it for part of the oscillation period in both TDC and BDC. The control unit is connected to the corresponding sensors and the control piston through, for example, an electric drive with a reducer located on the cover of the compressor box of opposed cylinders in the cells of the section. The spring-loaded pistons are pulled together by a pin with a predetermined force to the shaped washer with a pusher. The pusher is made of two elements, covering the cam and fastened together. The pusher is held and moved (rolls) along the guides located on the crankcase covers, and a roller with an axis of nonlinear stiffness is placed between the pusher elements, resting on the cam with an interference fit with a predetermined force, and then increasing stiffness in a jump to a preset value when closing the edges of the groove (stiffening belt) ) of a given size and shape. Moreover, part of the guides during the assembly of the mechanism is moved by any devices with a given force and the pusher is fixed with the roller in a central position. This creates the necessary interference to compensate for manufacturing inaccuracies and wear. This type of engine is described in Russian patent No. 2278282 from 2004, which is adopted as a prototype. Here, one of the advantages is the replacement of lateral sliding friction on the cylinder wall with rolling friction in the guides.
Недостатки этого двигателя связаны с клапанами в КС, работающими в тяжелых условиях детонации, из-за чего необходимо впрыскивать водную смесь-эмульсию с каталитическими и др. свойствами. А также увеличенная масса двух рабочих поршней с пружинами и фасонной шайбой на концах толкателя, увеличивающая динамические нагрузки, ограничивающие скорость вращения вала. К тому же при малых скоростях режим детонации не оправдан.The disadvantages of this engine are associated with valves in the compressor station operating under difficult conditions of detonation, because of which it is necessary to inject an aqueous mixture of emulsion with catalytic and other properties. As well as the increased mass of two working pistons with springs and a shaped washer at the ends of the pusher, increasing dynamic loads that limit the speed of rotation of the shaft. Moreover, at low speeds, the detonation mode is not justified.
Техническая задача изобретения: увеличить литровую мощность, КПД, экологичность ДВС.The technical task of the invention: to increase the liter capacity, efficiency, environmental friendliness of the internal combustion engine.
Указанная техническая задача достигается тем, что в ДВС бесшатунном, двухтактном с впрыскиванием компонентов топлива в цилиндр с регулированием и поддержанием степени сжатия горючей смеси меньше критического давления, при котором возникает детонация и инициирования детонационной вспышки заданного вида топлива с момента достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ), содержащем укрепленный на валу многолепестковый кулачок с числом лепестков, кратным трем, с профилем, очерченным для трехлепесткового кулачка, с возможностью остановки поршня на часть периода колебания как в ВМТ так и в НМТ, на крышке камеры сгорания размещены подпружиненный управляющий поршенек с редуктором, связанным, например, через электропривод с блоком управления с соответствующими датчиками, поршенек стянут шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе, расположенной на конце вала редуктора, оппозитно расположенные цилиндры образуют ячейку в секции, поршень движется с толкателем, при этом толкатель выполнен из двух элементов, охватывающих кулачок и скрепленных между собой, между элементами толкателя на его концах размещен на оси с нелинейной жесткостью ролик, опирающийся на кулачок с заданным усилием натяга, при этом ось выполнена с возможностью увеличения ее жесткости «скачком» при заданном усилии, согласно изобретению, продувка, дополнительный наддув в рабочий цилиндр двухтактного ДВС с заданной формой и расположением его окон, осуществляется поджатым воздухом из вспомогательного цилиндра вспомогательным поршнем, движущимся синфазно с рабочим поршнем в секции и (или) из картера центробежным насосом, образованным каналами в корпусе многолепесткового кулачка, укрепленного на трубчатом валу, через который воздух засасывается в картер, степень сжатия в рабочем цилиндре регулируется подпружиненным поршеньком в зависимости от заданного режима работы в дизельном, или в смешанном режиме путем сжигания компонентов горючей смеси с разными свойствами, при этом смешанный режим осуществляется путем сжатия горючей смеси в двухкамерной КС до величины, меньшей уровня возникновения детонации, но достаточной для инициирования вспышки за счет впрыска топлива с момента нахождения поршня в области ВМТ форсункой, установленной в полости КС малого объема, причем топливо, впрыскиваемое в полость малого объема, вспыхивает при меньшей температуре (давлении), чем горючая смесь в основной полости КС, а при достижении заданной скорости вала блок управления поддерживает степень сжатия горючей смеси на уровне, достаточном для инициирования детонации в основной полости КС с момента достижения поршнем ВМТ.This technical problem is achieved by the fact that in an internal combustion engine, two-stroke, with the injection of fuel components into the cylinder with the regulation and maintenance of the compression ratio of the combustible mixture less than the critical pressure at which detonation occurs and initiation of a detonation flash of a given type of fuel from the moment the piston reaches top dead center (TDC) ) containing a multi-leaf cam mounted on the shaft with the number of petals multiple of three, with a profile outlined for a three-leaf cam, with the possibility of stopping A spring-loaded control piston with a gearbox, for example, through an electric drive with a control unit with appropriate sensors, is placed on the part of the oscillation period both at the top dead center and at the top of the borehole, and the piston is pulled by a pin with a predetermined force to the shaped washer located at the end gearbox shaft, opposed cylinders form a cell in a section, the piston moves with a pusher, while the pusher is made of two elements, covering the cam and fastened together, between the push elements spruce at its ends is placed on an axis with non-linear stiffness, a roller resting on a cam with a predetermined interference force, while the axis is made with the possibility of increasing its rigidity "jump" at a given force, according to the invention, blowing, additional pressurization in the working cylinder of a two-stroke ICE with a given the shape and location of its windows is carried out by compressed air from the auxiliary cylinder by the auxiliary piston moving in phase with the working piston in the section and (or) from the crankcase by a centrifugal pump formed by channels in the housing of a multi-leaf cam mounted on a tubular shaft through which air is sucked into the crankcase, the compression ratio in the working cylinder is regulated by a spring-loaded piston depending on the specified operating mode in diesel, or in a mixed mode by burning components of a combustible mixture with different properties, while the mixed mode is carried out by compressing the combustible mixture in a two-chamber CS to a value less than the level of detonation, but sufficient to initiate an outbreak due to fuel injection from the moment of the piston in the TDC area with a nozzle installed in the cavity of the CS of small volume, and the fuel injected into the cavity of the small volume flashes at a lower temperature (pressure) than the combustible mixture in the main cavity of the CS, and when the set shaft speed is reached, the control unit maintains the compression ratio a combustible mixture at a level sufficient to initiate detonation in the main cavity of the CS from the moment the piston reaches TDC.
Поставленная задача достигается также тем, что максимальная степень сжатия воздуха может быть ограничена подпружиненным поршеньком, стянутым с усилием, равным или меньше критического давления воздуха в КС, исключающего перегрев поршня в дизельном режиме, но больше усилия, создающего минимальное давление воздуха, возбуждающее вспышку-горение топлива в КС, а в смешанном режиме поршенек стянут с усилием, меньшим усилия, возникающего в момент детонации и достаточным для создания собственной частоты колебания поршенька примерно равной или больше максимальной частоты вращения вала, причем в дизельном режиме педаль газа, в том числе, связана с редуктором, перемещающим поршенек в соответствии с количеством воздуха, поступающим в цилиндр при регулировании мощности двигателя.The task is also achieved by the fact that the maximum degree of air compression can be limited by a spring-loaded piston pulled together with a force equal to or less than the critical air pressure in the compressor, excluding the piston overheating in diesel mode, but more than the force that creates the minimum air pressure, exciting the flash-combustion fuel in the compressor station, and in the mixed mode, the pistons are pulled with a force less than the force arising at the moment of detonation and sufficient to create a natural frequency of oscillation of the piston approximately equal to more than the maximum shaft speed, and in diesel mode, the gas pedal, in particular, is connected with a gearbox that moves the piston in accordance with the amount of air entering the cylinder when controlling engine power.
Поставленная задача достигается также тем, что ось может быть выполнена в виде вала-ролика с подшипниками на концах, размещенного между элементами толкателя, выполненных в виде швеллеров, при этом нелинейная жесткость вала-ролика выполнена за счет переменного сечения вала по длине и поясами (ребрами) жесткости заданного размера, формы и количества, смыкающимися при заданных усилиях, например, в смешанном режиме следующий ряд пояса жесткости смыкается при усилии меньшем, чем усилие, возникающее в КС в момент детонации, за счет чего жесткость скачком увеличивается до значения, создающего колебания упругой системы с заданной амплитудой колебаний и собственной частотой, равной или больше максимальной частоты вращения вала.The task is also achieved by the fact that the axis can be made in the form of a roller shaft with bearings at the ends, located between the pusher elements made in the form of channels, while the non-linear rigidity of the roller shaft is made due to the variable shaft section along the length and belts (ribs ) stiffnesses of a given size, shape and quantity, closing at given forces, for example, in mixed mode, the next row of the stiffening belt is closed with a force less than the force that occurs in the CS at the moment of detonation, due to which the stiffness s increases abruptly to a value that produces oscillation of the elastic system with a predetermined amplitude and natural frequency of oscillation equal to or greater than the maximum rotational speed.
Поставленная задача достигается также тем, что кулачок при любом числе лепестков, кратном трем, с остановкой поршня на часть периода колебания в крайних своих положениях, может быть выполнен по кривой, очерченной в секторе угла поворота C=180°:(n+k) по уравнениюThe task is also achieved by the fact that the cam for any number of petals that is a multiple of three, with the piston stopped for part of the oscillation period in its extreme positions, can be performed according to the curve outlined in the sector of the angle of rotation C = 180 °: (n + k) in the equation
R=r1+(r1-r)Sin(mA); m=(n+k);R = r 1 + (r 1 -r) Sin (mA); m = (n + k);
где k - число лепестков кулачка; А - угол поворота радиус-вектора «R»; n - постоянный коэффициент, в данном случае n=3, r - минимальный радиус кулачка; r1 - радиус точки перегиба синусоиды,where k is the number of cam lobes; And - the angle of rotation of the radius vector "R"; n is a constant coefficient, in this case n = 3, r is the minimum radius of the cam; r 1 is the radius of the inflection point of the sinusoid,
а другие участки кулачка в секторах угла поворота «С», в которых поршень удерживается в своих крайних положениях, выполнены радиусом Rmax и Rmin, причем угол «Е» между касательной в точке перегиба синусоиды и центральным лучом (толкателем) составляет: E=arcTg[2r1:(3+k)B], при этом B=2(r1-r), где В - амплитуда колебания толкателя.and other parts of the cam in the sectors of the angle of rotation "C", in which the piston is held in its extreme positions, are made with a radius R max and R min , and the angle "E" between the tangent at the inflection point of the sinusoid and the central beam (pusher) is: E = arcTg [2r 1 : (3 + k) B], with B = 2 (r 1 -r), where B is the oscillation amplitude of the pusher.
По существу задача достигается путем продувки и дополнительного наддува в рабочий цилиндр двухтактного ДВС воздуха из картера центробежным насосом, образованным каналами в корпусе многолепесткового кулачка, укрепленного на трубчатом валу. Через вал воздух засасывается в картер и (или) из вспомогательного цилиндра вспомогательным поршнем, синфазно движущимся с рабочим поршнем в секции. Степень сжатия определяется количеством поступающего воздуха в рабочий цилиндр, которая регулируется в дизельном режиме педалью газа, связанной тем или иным способом с редуктором подпружиненного поршенька. Поршенек стянут шпилькой с усилием к фасонной шайбе на конце тарированного по длине вала редуктора, расположенного на крышке КС.Essentially, the task is achieved by blowing and additionally blowing into the working cylinder of a two-stroke ICE of air from the crankcase by a centrifugal pump formed by channels in the housing of a multi-leaf cam mounted on a tubular shaft. Through the shaft, air is sucked into the crankcase and (or) from the auxiliary cylinder by an auxiliary piston moving in phase with the working piston in the section. The compression ratio is determined by the amount of air entering the working cylinder, which is regulated in diesel mode by a gas pedal connected in one way or another to the spring-loaded piston gear. The piston is pulled with a pin with force to the shaped washer at the end of the gearbox, calibrated along the length of the shaft, located on the cover of the compressor.
Смешанный режим достигается путем сжатия горючей смеси в двухкамерной КС до величины, меньшей уровня возникновения самостоятельной детонации, вплоть до максимального поступления воздуха при максимальной мощности, но достаточной для инициирования вспышки путем впрыскивания через форсунку, установленную в полости малого объема КС, сравнительно малого количества топлива, вспыхивающего при сравнительно меньшем давлении (температуре), и которое, в свою очередь, возбуждает вспышку (горение) горючей смеси в основной полости КС при относительно малой скорости. При достижении заданной скорости вращения вала блок управления увеличивает (поддерживает) степень сжатия горючей смеси на некотором удалении от критической границы давления порога детонации, перекрываемой после впрыскивания топлива и его вспышки в камере малого объема, и инициирующего детонацию в основной полости КС с момента достижения поршнем ВМТ.The mixed mode is achieved by compressing the combustible mixture in a two-chamber CS to a value lower than the level of independent detonation, up to the maximum air intake at maximum power, but sufficient to initiate a flash by injecting a relatively small amount of fuel through the nozzle installed in the cavity of a small volume of CS flaring up at a relatively lower pressure (temperature), and which, in turn, excites an outbreak (burning) of the combustible mixture in the main cavity of the CS at a relative But low speed. Upon reaching a predetermined shaft rotation speed, the control unit increases (maintains) the compression ratio of the combustible mixture at some distance from the critical pressure boundary of the detonation threshold, which is blocked after fuel injection and flash in the small chamber, and initiating detonation in the main cavity of the compressor from the moment the piston reaches TDC .
Максимальная степень сжатия ограничена подпружиненным поршеньком, и давление воздуха не превышает значение, вызывающее перегрев поршня в дизельном режиме при регулировании мощности с оптимальным соотношением топливо-воздух. А при работе в смешанном режиме поршенек стянут с усилием, меньше усилия, возникающего в момент детонации, достаточного, однако, для создания частоты собственных колебаний поршенька, примерно равной или больше максимальной частоты вращения вала.The maximum compression ratio is limited by a spring-loaded piston, and the air pressure does not exceed the value that causes the piston to overheat in diesel mode when controlling power with the optimal fuel-air ratio. And when working in the mixed mode, the pistons are pulled together with a force that is less than the force that occurs at the moment of detonation, however, sufficient to create a natural frequency of the piston’s own vibrations, approximately equal to or greater than the maximum shaft speed.
Необходимо заметить, что когда требуется больший КПД и больший крутящий момент при малых и средних скоростях вращения вала предпочтителен дизельный режим, а когда требуется большая литровая мощность - смешанный режим сжигания компонентов топливной смеси до скоростей, при котором горючая смесь успевает сгореть при постоянном объеме КС. Причем, например, в одном из вариантов низкооктановое топливо, впрыснутое в относительно малом количестве в камеру малого объема, вспыхивает и сгорает значительно быстрее по сравнению с горючей смесью в камере большего объема, и после достижения заданной скорости вала блок управления поддерживает давление в КС, достаточное для инициирования детонационного сгорания компонентов горючей смеси. В другом варианте увеличение температуры вспышки в основной полости по сравнению с полостью меньшего объема достигается путем, например, впрыскивания водной смеси-эмульсии с заданными свойствами с момента закрытия выхлопного окна, а затем вслед за ней - топлива. Причем количество водной смеси-эмульсии изменяет критическое давление, вызывающее детонацию. В рабочий цилиндр с выхлопным, продувочным и вентиляционными окнами воздух поступает из, например, оппозитно расположенного вспомогательного цилиндра большего диаметра с всасывающим и продувочным окнами, в котором воздух сжимается облегченным поршнем до давления, не меньшего давления в рабочем цилиндре в момент открытия его продувочного окна в процессе синфазного перемещения толкателей с поршнями в секции. Причем вентиляционное окно открывается при положении рабочего поршня в ВМТ, и воздух, например, из картера через вентиляционное окно поступает во всасывающее окно вспомогательного цилиндра через маслоуловитель и вводится через трубчатый вал, например, с винтообразными лопастями, через полости и каналы в корпусе многолепесткового кулачка, образующие центробежный насос внутри картера.It should be noted that when greater efficiency and torque is required at low and medium shaft speeds, the diesel mode is preferable, and when a large liter capacity is required, a mixed mode of burning the fuel mixture components to speeds at which the combustible mixture has time to burn out at a constant volume of CS. Moreover, for example, in one embodiment, low-octane fuel injected in a relatively small amount into a small-volume chamber flashes and burns much faster compared to a combustible mixture in a larger chamber, and after reaching a predetermined shaft speed, the control unit maintains a pressure in the compressor station, sufficient to initiate detonation combustion of the components of the combustible mixture. In another embodiment, an increase in the flash point in the main cavity compared with a cavity of a smaller volume is achieved by, for example, injecting an aqueous emulsion mixture with desired properties from the moment the exhaust window is closed, and then after it - fuel. Moreover, the amount of the aqueous emulsion mixture changes the critical pressure, causing detonation. Air enters a working cylinder with exhaust, purge and ventilation windows from, for example, an oppositely arranged auxiliary cylinder of larger diameter with suction and purge windows, in which air is compressed by a lightweight piston to a pressure not lower than the pressure in the working cylinder at the moment of opening of its purge window in the process of in-phase movement of the pushers with pistons in the section. Moreover, the ventilation window opens when the working piston is in TDC, and air, for example, from the crankcase through the ventilation window enters the suction window of the auxiliary cylinder through the oil trap and is introduced through a tubular shaft, for example, with screw-like blades, through cavities and channels in the multi-leaf cam housing, forming a centrifugal pump inside the crankcase.
В некоторых случаях, когда избыточное давление воздуха в картере недопустимо, воздух может поступать во вспомогательный цилиндр через его всасывающее окно, куда могут всасываться и газы, прорвавшиеся в картер через вентиляционное окно и маслоуловитель. Может использоваться также турбонаддув. В этом случае диаметр вспомогательного цилиндра может быть уменьшен.In some cases, when excessive air pressure in the crankcase is unacceptable, air can enter the auxiliary cylinder through its suction window, where gases that burst into the crankcase through the ventilation window and oil trap can be sucked. Turbocharging may also be used. In this case, the diameter of the auxiliary cylinder can be reduced.
Максимальное облегчение движущегося толкателя с поршнями достигается путем устройства рабочего цилиндра с выхлопным и продувочным окнами. Воздух из картера, поджатый центробежным насосом, поступает непосредственно через маслоуловитель в рабочий цилиндр обычным путем. Каналы соответствующих окон выполняются в корпусах цилиндров и картера.The maximum ease of the moving pusher with pistons is achieved by the construction of a working cylinder with exhaust and purge windows. Air from the crankcase, preloaded by a centrifugal pump, enters directly through the oil trap into the working cylinder in the usual way. The channels of the respective windows are in the cylinder and crankcase.
Давление воздуха в картере, создаваемое движущимися поршнями, зависит от соотношения диаметра оппозитно расположенных поршней и фазности движения толкателей в секции. В многоцилиндровом двигателе канал всасывания воздуха с дросселем может быть общим для всех ячеек секции, а также группы, в случае стыковки секции валами, а в плоскости стыка секции крышек картера - окнами каналов.The air pressure in the crankcase created by the moving pistons depends on the ratio of the diameter of the opposed pistons and the phase movement of the pushers in the section. In a multi-cylinder engine, the air suction channel with a throttle can be common to all cells of the section, as well as groups, in the case of docking of the section with shafts, and in the plane of the junction of the section of the crankcase covers - channel windows.
Необходимо заметить, что величина усиленного наддува, связанная также с величиной превышения или непревышения продувочного окна над выхлопным, определяется технико-экономическими расчетами, т.к. усиленный наддув хотя и увеличивает литровую мощность, но уменьшает КПД двигателя. При превышении продувочного окна над выхлопным возможно, установка в канал продувки клапанов, например, прямоточного клапана. Между элементами толкателя, выполненными, например, в виде швеллеров, размещен вал-ролик с подшипниками на концах и с нелинейной жесткостью, созданной путем выполнения вала с переменным сечением по длине и поясом (ребром) жесткости заданного размера, формы и их количества, смыкающийся при заданном усилии. Например, в дизельном режиме с учетом заданного усилия, необходимого для перемещения направляющих с толкателем для фиксации в центральном положении при сборке механизма с учетом требуемой жесткости при дальнейшей деформации и скачком увеличивающий жесткость до величины, обеспечивающей усилие давления воздуха в КС больше критического давления. В смешанном режиме смыкается следующий ряд при усилии, меньшем, чем усилие, возникающее в КС в момент детонации, и скачком увеличивается жесткость до значения, создающего частоту собственных колебаний упругой системы, расположенной между днищем поршня и вращающимся валом, равной или больше максимальной частоты вращения вала.It should be noted that the magnitude of the boosted boost, also associated with the excess or non-excess of the purge window over the exhaust, is determined by technical and economic calculations, because reinforced boost, although it increases the liter power, but reduces the efficiency of the engine. If the purge window exceeds the exhaust one, it is possible to install in the purge channel of valves, for example, a direct-flow valve. Between the elements of the pusher, made, for example, in the form of channels, there is a roller-roller with bearings at the ends and with non-linear stiffness created by making a shaft with a variable cross-section along the length and a belt (rib) of rigidity of a given size, shape and quantity, closing when given effort. For example, in the diesel mode, taking into account the specified force required to move the guides with the pusher to be fixed in a central position when assembling the mechanism, taking into account the required stiffness during further deformation, it increases stiffness to a value that ensures the air pressure in the compressor exceeds the critical pressure. In the mixed mode, the next row closes with an force less than the force arising in the CS at the moment of detonation, and the stiffness increases abruptly to a value that creates the natural vibration frequency of the elastic system located between the piston bottom and the rotating shaft equal to or greater than the maximum shaft rotation frequency .
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 а) и б) ячейка в секции представлена оппозитно расположенными поршнями в двух крайних положениях;In Fig.1 a) and b) the cell in the section is represented by opposed pistons in two extreme positions;
На фиг.2 изображены рабочий и вспомогательные поршни и цилиндры с окнами треугольной формы и их относительное расположение по отношению друг к другу;Figure 2 shows the working and auxiliary pistons and cylinders with triangular windows and their relative position relative to each other;
На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1;Figure 3 shows a section aa in figure 1;
На фиг.4 изображена фрагментарно крышка КС рабочего цилиндра с размещенным на нем подпружиненным поршеньком.Figure 4 shows a fragmentary cap KS of the working cylinder with a spring-loaded piston placed on it.
Двигатель содержит (см. фиг.1) рабочий цилиндр 1 и вспомогательный цилиндр 2 большего диаметра с окнами. В рабочем цилиндре - выхлопное окно 3, продувочное окно 4, вентиляционное окно 5. Во вспомогательном цилиндре - всасывающее окно 6, продувочное окно 7, каналы 8, которые условно изображены вне корпусов цилиндра и картера. На крышке КС рабочего цилиндра расположен подпружиненный поршенек 9 с редуктором 10, связанным с педалью газа тем или иным способом.The engine contains (see figure 1) a working cylinder 1 and an auxiliary cylinder 2 of a larger diameter with windows. In the working cylinder there is an
На фиг.2 рабочий поршень 11 находится в НМТ, а вспомогательный 12 в ВМТ. Здесь показано превышение продувочного окна 4 над выхлопным 3, которое составляет величину «h». Вентиляционное окно 5 рабочего цилиндра связано с всасывающим окном 6 вспомогательного цилиндра через маслоуловитель 13.In Fig.2, the working
На фиг.3 изображен вал-ролик 14 с подшипниками 15 на концах с двухступенчатыми поясами (ребрами) жесткости, расположенный между элементами толкателя 16, скрепленными между собой шпилькой 17. Вал-ролик 14 опирается на кулачок 18, в корпусе которого выполнены полости и каналы 19. Кулачок 18 укреплен на трубчатом валу 20, проходящем через прорезь 21, выполненную в элементе толкателя 16 - швеллере. Толкатель 16 удерживается и скользит (катится) по направляющим 22, укрепленным на крышках картера. Для получения эффекта вращающейся «рессоры», диаметры проточек на валу соответствуют соотношению: d1<d2, а диаметр ребер жесткости соответствует соотношению: D1<D2.Figure 3 shows the
на фиг.4 показан поршенек 23, стянутый шпилькой 24 с креплением к фасонной шайбе 25, укрепленной на конце тарированного по длине вала 26 редуктора 27, связанного с педалью газа.figure 4 shows the
Работает устройство следующим образом. При движении толкателя 16 вниз поджатый воздух из картера, предварительно прошедший через вентиляционное окно 5 рабочего цилиндра и маслоуловитель 13, и заполнивший вспомогательный цилиндр 2 через его всасывающее окно 6, сжимается до давления, не меньшего давления в рабочем цилиндре в момент открытия его продувочного окна 4. В момент начала открытия выхлопного окна 3 начинается продувка рабочего цилиндра сжатым воздухом через продувочное окно 7 вспомогательного цилиндра и рабочий цилиндр очищается за время нахождения поршней в своих крайних положениях при максимальной скорости вращения вала. При движении толкателя вверх начинается открытие продувочного окна 7 вспомогательного цилиндра и закрытие выхлопного окна 3 рабочего цилиндра. Причем площадь продувочного окна 4 рабочего цилиндра уменьшается с малой скоростью и в этот период времени происходит усиленное наполнение рабочего цилиндра воздухом, что способствует лучшему перемешиванию топлива с воздухом. При дальнейшем движении толкателя с поршнем воздух сжимается до требуемого давления, например, в дизельном режиме до давления в КС, вызывающего вспышку (горение) топлива, впрыснутого с момента нахождения поршня в области ВМТ. В смешанном режиме воздух сжимается до давления, меньшего уровня возникновения детонации горючей смеси, вплоть до максимальной мощности, но достаточной для инициирования вспышки в специальной полости малого объема с установленной в ней форсункой, являющийся альтернативой электроискровой свече. Через форсунку с момента нахождения поршня в области ВМТ впрыскивается под относительно большим давлением сравнительно малое количество топлива, вспыхивающего при сравнительной меньшем давлении (температуре), например низкооктановая эмульсированно-эмульгированная топливная смесь, которая, вспыхивая, в свою очередь, возбуждает вспышку (горение) горючей смеси, вспыхивающей при большем давлении (температуре) в основной полости КС, до средних скоростей вращения вала. Степень сжатия горючей смеси при этом близка к границе критического давления, но не достигает ее, и только с момента достижения заданной скорости блок управления, с учетом, например, таких факторов, как количество поступающего в данный момент воздуха и соответствующего ему топлива, зависящих от положения педалей газа, поддерживает степень сжатия горючей смеси на уровне, достаточном для инициирования детонации в основной полости КС компонентов горючей смеси, впрыснутых поочередно с момента закрытия выхлопного окна рабочего цилиндра. Степень сжатия ограничивается подпружиненным поршеньком 9 (фиг.1), или 23 (фиг.4), стянутым шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе 25, которая может перемещаться редуктором 10, связанным с педалью газа, например, электромеханически с заданным меняющимся коэффициентом передачи для поддержания требуемого коэффициента сжатия при работе в дизельном режиме сжигания. Причем в момент пуска в дизельном режиме на некоторое время степень сжатия плавно увеличивается, а затем возвращается в норму. Необходимо отметить, что в тех случаях, когда недопустимо повышенное давление в картере, создаваемое вращающимся кулачком 18 и для исключения попадания масла в рабочий цилиндр, воздух может поступать непосредственно во вспомогательный цилиндр через его всасывающее окно 6. Прорвавшиеся газы в картер могут удаляться через вентиляционное окно рабочего цилиндра и попадать во всасывающий канал вспомогательного цилиндра через маслоуловитель 13. Угол между касательной в точке перегиба кривой кулачка и толкателя (центральным лучом) увеличивается и приближается к 90° с увеличением размера кулачка по сравнению с длиной хода поршня. Причем в общем случае, когда коэффициент n=0, число лепестков кулачка может быть любым и любой формы при m>1. Пара сопрягающихся кулачков, например, разного диаметра, может использоваться в шестернях редуктора, а также шестеренчатого насоса. Увеличение скорости вала в дизельном режиме можно оценить из следующих соображений. Время, необходимое для сгорания горючей смеси в КС двигателя средних мощностей, составляет примерно 1 мсек (время нахождения поршня в области мертвых точек). Наименьшее время перемещения поршня от ВМТ к НМТ и обратно составит: 0,001*2=0,002 сек. Т.е. период колебания Тд=0,002+0,002=0,004 сек. Частота колебаний поршня в минуту составляет: f=60:0,004=15 тыс. При дальнейшем увеличением частоты горючая смесь не успевает сгореть при постоянном объеме КС, и в смешанно-детонационном режиме время сгорания V малого количество топлива с меньшей температурой вспышки, впрыснутого в камеру малого объема с момента нахождения поршня в области ВМТ, будет меньше, например, раза в два. Тогда период колебаний будет Тс=Тд:2<0,002 сек; а частота f>60:0,002=30 тыс. Причем вал с кулачком в три лепестка будет вращаться в три раза медленнее по-сравнению с коленвалом при тех же частотах колебания поршня. Крутящий момент на валу при этом будет в три раза больше. При инициировании вспышки электроискровой свечой в режиме детонации частоту колебания поршней можно повысить еще больше.The device operates as follows. When the
Вал-ролик, например с двухступенчатыми поясами (ребрами) жесткости, изображенный на фиг.4, выполняет также роль упругого элемента с заданной величиной (амплитудой) смещения, защищающий при детонации подшипники и более равномерно передающий усилие давления газов валу. В течение рабочего хода поршня эту же роль частично может выполнить упругий толкатель соответствующей формы. Таким образом достигается оптимальное соотношение топливо-воздух во всем диапазоне регулирования мощности при работе в дизельном режиме с увеличенной скоростью. А в смешанном режиме скорость вращения вала ограничена количеством воздуха, успевающего поступить в рабочий цилиндр и прочностью материала.The roller shaft, for example with two-stage stiffening belts (ribs), shown in Fig. 4, also plays the role of an elastic element with a given magnitude (amplitude) of displacement, which protects the bearings during detonation and more uniformly transfers the gas pressure to the shaft. During the stroke of the piston, an elastic pusher of a corresponding shape can partially fulfill the same role. Thus, an optimal fuel-air ratio is achieved in the entire range of power control when operating in diesel mode with increased speed. And in the mixed mode, the shaft rotation speed is limited by the amount of air that has time to enter the working cylinder and the strength of the material.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105470/06A RU2338912C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Two-stroke rodless ice |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007105470/06A RU2338912C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Two-stroke rodless ice |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2338912C1 true RU2338912C1 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=40241346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007105470/06A RU2338912C1 (en) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Two-stroke rodless ice |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2338912C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524314C2 (en) * | 2012-02-08 | 2014-07-27 | Булат Саяхович Шамаев | All-fuel ice with volume automatic control device electromechanically initiating flash in combustion chamber |
| RU2539224C2 (en) * | 2009-04-16 | 2015-01-20 | Даррен ПАУЭЛЛ | Coaxial internal combustion engine without crankshaft |
| RU2711853C1 (en) * | 2018-07-31 | 2020-01-22 | Виталий Олегович Дубровский | Rodless piston ice operating on the detonation energy of the fuel-air mixture |
-
2007
- 2007-02-13 RU RU2007105470/06A patent/RU2338912C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539224C2 (en) * | 2009-04-16 | 2015-01-20 | Даррен ПАУЭЛЛ | Coaxial internal combustion engine without crankshaft |
| RU2524314C2 (en) * | 2012-02-08 | 2014-07-27 | Булат Саяхович Шамаев | All-fuel ice with volume automatic control device electromechanically initiating flash in combustion chamber |
| RU2711853C1 (en) * | 2018-07-31 | 2020-01-22 | Виталий Олегович Дубровский | Rodless piston ice operating on the detonation energy of the fuel-air mixture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2225446B1 (en) | Monoblock valveless opposing piston internal combustion engine | |
| US7905221B2 (en) | Internal combustion engine | |
| US4510894A (en) | Cam operated engine | |
| KR20140024390A (en) | Split cycle phase variable reciprocating piston spark ignition engine | |
| US10267225B2 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2338912C1 (en) | Two-stroke rodless ice | |
| EP1320671B1 (en) | Rotating cylinder valve engine | |
| US8281764B2 (en) | Half cycle eccentric crank-shafted engine | |
| WO2013154453A1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2089739C1 (en) | Internal combustion engine with self-ignition (fuel injection ) at superhigh regulated compression ratios (exceeding 19) | |
| NL2011947C2 (en) | Combustion engine comprising a cylinder. | |
| CN106958491A (en) | Automatically controlled variable compression ratio and the engine of oil spout position | |
| SE435413B (en) | TEMPORARY PROCEDURE FOR THE IMPLEMENTATION OF AN ENERGY CONVERSION CYCLE AND THE COMBINATION ENGINE FOR IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE | |
| US4958601A (en) | Valved piston with rocker arm journaled to piston | |
| RU104972U1 (en) | ICE OPERATING IN DIESEL OR MIXED MODE WITH OPTIMAL FUEL / AIR RATIO AT THE FULL LOAD RANGE | |
| WO2007022227A1 (en) | Supercharged two-stroke engine with upper piston extensions | |
| CN108661810A (en) | A kind of piston of variable compressive | |
| RU2383752C1 (en) | Opposed-piston engines | |
| CN108661791A (en) | A kind of variable compression ratio engine | |
| WO2002073016A1 (en) | A low cost new compression ignition internal combustion engine and method of operating said engine with increased mechanical and thermal efficiency | |
| KR101006765B1 (en) | Piston turning method rotary engine | |
| WO2016029282A1 (en) | Angular eccentric connecting rod with vectorial movement of the shaft | |
| RU2291974C2 (en) | Piston internal combustion engine | |
| CN111828181A (en) | Method for operating a large engine and large engine | |
| CN108661811A (en) | A kind of control method of variable compression ratio engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110214 |