RU2499151C1

RU2499151C1 - Method of gas exchange in two-stroke ice with opposing pistons (versions)

Info

Publication number: RU2499151C1
Application number: RU2012110028/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Захаров; Юрий Вячеславович Богачев
Original assignee: Евгений Николаевич Захаров
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-11-20
Also published as: RU2012110028A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: after free release of combustion products via exhaust openings opened by first piston timed with second piston or opened by both pistons, cylinder is scavenged and filled with fresh charge fed from crank chamber via inlet ports. After filling the cylinder cavity fresh charge portion is bypassed into exhaust manifold right after combustion products. Then, exhaust manifold cross-section is shut off by slide valve timed with piston to bar combustion products. Increased pressure forces fresh charge from exhaust manifold back towards cylinder and therein via outlet ports, still opened, by energy of combustion products.

EFFECT: higher efficiency and reliability, longer life and increased specific output.

19 cl, 21 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями.The invention relates to the field of engineering, namely, to two-stroke internal combustion engines with oppositely moving pistons.

Известен способ работы двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями (ПДП), заключающийся в том, что полость цилиндра, заключенную между днищами первого и второго поршней, освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые первым поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра через продувочные окна, открываемые вторым поршнем, при этом свежий заряд из кривошипных камер и первого и второго поршней перепускают через продувочные окна, открываемые вторым поршнем (Международная заявка WO 2007/030076, опуб. 15.03.2007).A known method of operating a two-stroke engine with oppositely moving pistons (MAP), which consists in the fact that the cylinder cavity enclosed between the bottoms of the first and second pistons is freed from the combustion products through the exhaust windows opened by the first piston, with their direction into the atmosphere through the exhaust manifold, purge and fill the cylinder cavity through the purge windows opened by the second piston with a fresh charge, while the fresh charge from the crank chambers and the first and second pistons is passed through the purge windows, opened by a second piston (International application WO 2007/030076, publ. 15.03.2007).

Недостатками известного способа являются значительные потери мощности вследствие необходимости углового смещения валов первого и второго поршней для раннего открытия выпускных окон первым поршнем и раннего их закрытия относительно продувочных окон, открываемых вторым поршнем. Это позволяет сократить прямые потери свежего заряда в выпускной коллектор, но приводит к тому, что в момент начала сгорания второй поршень еще не подошел к своей внутренней мертвой точке (ВМТ). Значит, мощность, получаемая на валу первого поршня, расходуется на преодоление давления сгорания вторым поршнем при подходе к своей ВМТ. В известных двухтактных ДВС с ПДП мощность, снимаемая с противоположных валов, соотносится как 70% и 30%. И чем больше угловое смещение валов, тем больше разница в величине снимаемой с валов мощности и тем больше суммарные потери мощности.The disadvantages of this method are significant power losses due to the need for angular displacement of the shafts of the first and second pistons for early opening of the exhaust windows by the first piston and their early closure relative to the purge windows opened by the second piston. This allows you to reduce the direct loss of fresh charge in the exhaust manifold, but leads to the fact that at the time of the start of combustion the second piston has not yet approached its internal dead center (TDC). This means that the power received on the shaft of the first piston is spent on overcoming the combustion pressure of the second piston when approaching its TDC. In the well-known two-stroke ICE with DAP, the power taken from the opposite shafts is correlated as 70% and 30%. And the greater the angular displacement of the shafts, the greater the difference in the amount of power removed from the shafts and the greater the total power loss.

Другим серьезным недостатком двигателей с ПДП и угловым смещением валов является повышенный температурный режим деталей цилиндропоршневой группы, преимущественно, первого поршня, управляющего выпуском, а также гильзы цилиндра в районе расположения выпускных окон. Это является, в большой степени, следствием смещения начала сгорания за ВМТ первого поршня. Известно, что смещение начала сгорания в любом двигателе приводит к его перегреву, особенно органов газораспределения из-за недогорания заряда. Это явление в двигателях с ПДП усугубляется удвоенной (по сравнению с однопоршневыми компоновками) скоростью увеличения объема камеры сгорания, что явно не способствует достижению полноты сгорания. Понятно, что контакт юбки первого поршня с перегретой зоной выпускных окон (в двигателях с ПДП) происходит в условиях сухого трения из-за выгорания смазки с поверхностей гильзы в этом районе, что приводит к прогоранию именно цилиндрической поверхности юбки поршня. Если учесть, что нагрузка на выпускной поршень более чем в два раза больше нагрузки на продувочный поршень, то проблема ресурса и удельной мощности двигателей с ПДП является очень серьезной.Another serious drawback of engines with MAP and angular displacement of the shafts is the increased temperature regime of the details of the cylinder-piston group, mainly the first piston that controls the release, as well as the cylinder liner in the area of the outlet windows. This is, to a large extent, a consequence of a shift in the start of combustion beyond the TDC of the first piston. It is known that the displacement of the beginning of combustion in any engine leads to its overheating, especially of the gas distribution organs due to the burning of the charge. This phenomenon is aggravated in engines with MAP by a doubling (in comparison with single-piston arrangements) of the rate of increase in the volume of the combustion chamber, which clearly does not contribute to achieving complete combustion. It is clear that the contact of the first piston skirt with the overheated area of the outlet windows (in engines with air conditioners) occurs under conditions of dry friction due to burnout of grease from the surfaces of the liner in this region, which leads to the burning out of the cylindrical surface of the piston skirt. If we consider that the load on the exhaust piston is more than two times the load on the purge piston, then the problem of the resource and specific power of the engines with the PDP is very serious.

Известен способ работы двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями (ПДП), заключающийся в том, что полость цилиндра, заключенную между днищами первого и второго поршней, освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна газораспределения, открываемые первым поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра из кривошипной камеры второго поршня через открываемые им продувочные окна, а из кривошипной камеры первого поршня наполняют полость цилиндра через открываемые им продувочные окна, расположенные рядом с выпускными окнами (патент США №2768616, опуб. 30.10.1956).There is a known method of operating a two-stroke engine with oppositely moving pistons (MAP), which consists in the fact that the cylinder cavity enclosed between the bottoms of the first and second pistons is freed from the combustion products through the exhaust windows that are opened by the first piston, with their direction to the atmosphere through the exhaust manifold purge and fill the cylinder cavity from the crank chamber of the second piston through the purge windows it opens with a fresh charge, and fill the cylinder cavity from the crank chamber of the first piston Dr. unlockable through their scavenging ports located near the exhaust ports (US patent №2768616, opub. 10.30.1956).

Недостатками известного двигателя являются малая надежность герметизации кривошипной камеры поршня, управляющего выпуском, от выпускного коллектора. Так, после открытия поршнем выпускных окон полость выпускного коллектора имеет возможность сообщения с находящимися рядом неоткрытыми еще продувочными окнами по кольцевому зазору вокруг цилиндрической поверхности поршня. Для решения этой проблемы в известных двигателях обычно располагают выпускное окно на стороне цилиндра, к которой боковая сила прижимает поршень в момент открытия окон. Но тогда ограничивается ширина выпускных окон, что не позволяет обеспечить максимально возможное время-сечение свободного выпуска, и для обеспечения требуемого время-сечения увеличивают высоту выпускных окон, что приводит к увеличению прямых потерь заряда при продувке и снижению мощности из-за раннего открытия выпускных окон и позднего их закрытия.The disadvantages of the known engine are the low reliability of the sealing of the crank chamber of the piston controlling the release from the exhaust manifold. So, after the piston opens the outlet windows, the cavity of the exhaust manifold has the ability to communicate with nearby still unopened blowdown windows in an annular gap around the cylindrical surface of the piston. To solve this problem, known engines typically have an outlet port on the cylinder side to which a lateral force presses the piston at the time the windows open. But then the width of the outlet windows is limited, which does not allow to provide the maximum possible time-section of free release, and to ensure the required time-section, the height of the outlet windows is increased, which leads to an increase in direct charge losses during purging and a decrease in power due to early opening of the outlet windows and their late closure.

Техническими результатами заявленного изобретения являются:The technical results of the claimed invention are:

- повышение экономичности двигателя за счет эффекта снижения прямых потерь мощности во время рабочего хода поршней, достигаемого путем их синхронного перемещения относительно геометрических мертвых точек. При этом отказ от асимметрии фаз газораспределения при синхронном перемещении поршней не приводит к ухудшению параметров газообмена, так как предотвращен выброс свежего заряда из цилиндра;- increasing the efficiency of the engine due to the effect of reducing direct power losses during the stroke of the pistons, achieved by their synchronous movement relative to geometric dead points. In this case, the rejection of the asymmetry of the valve timing during synchronous movement of the pistons does not lead to a deterioration of gas exchange parameters, since the release of fresh charge from the cylinder is prevented;

- повышение надежности и ресурса двигателя путем снижения тепловой напряженности цилиндропоршневой группы и органов выпуска за счет прохождения свежего заряда через выпускные окна как в прямом, так и в обратном направлении;- improving the reliability and resource of the engine by reducing the thermal tension of the cylinder-piston group and exhaust organs due to the passage of fresh charge through the exhaust windows in both forward and reverse directions;

- повышение удельной мощности двигателя путем повышения наполнения цилиндра за счет возврата свежего заряда, вышедшего из него при продувке, что позволяет также осуществлять как дозарядку, так и наддув двухтактного двигателя без потерь заряда;- increasing the specific power of the engine by increasing the filling of the cylinder due to the return of the fresh charge that emerged from it when purging, which also allows for both recharging and boosting the two-stroke engine without loss of charge;

- снижение токсичности продуктов сгорания как вследствие предотвращения прямых потерь топлива, так и за счет снижения расхода масла вследствие снижения тепловой напряженности цилиндропоршневой группы.- reduction of toxicity of combustion products both due to the prevention of direct fuel losses, and due to a decrease in oil consumption due to a decrease in the thermal tension of the piston-cylinder group.

Поставленная задача достигается тем, что при работе двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями, заключающейся в том, что рабочую полость цилиндра, заключенную между днищами первого и второго поршней, освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые первым поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра через продувочные окна, открываемые вторым поршнем, перепускают часть свежего заряда, не препятствуя его движению, из полости цилиндра в выпускной коллектор вслед за продуктами сгорания с заполнением свежим зарядом части выпускного коллектора, затем перекрывают сечение выпускного коллектора золотниковым органом, синхронизированным с движением поршней, преграждая движение продуктам сгорания и повышая таким образом давление в выпускном коллекторе перед золотниковым органом по ходу движения газов из полости цилиндра, вытесняют свежий заряд, поступивший в выпускной коллектор, повышенным давлением газов перед золотниковым устройством обратно в направлении цилиндра и нагнетают свежий заряд из перекрытого золотниковым устройством выпускного коллектора в полость цилиндра через открытые выпускные окна за счет энергии продуктов сгорания, после чего закрывают выпускные окна цилиндра первым поршнем, причем поршни перемещаются в цилиндре синхронно или первый поршень перемещается с опережением второго поршня не более чем на 5 градусов угла поворота кривошипных валов, а полость цилиндра наполняют, по меньшей мере, путем вытеснения каждым поршнем свежего заряда из кривошипной камеры.The task is achieved in that when the two-stroke engine with oppositely moving pistons, consisting in the fact that the working cavity of the cylinder enclosed between the bottoms of the first and second pistons, is freed from the combustion products through the exhaust windows opened by the first piston, with their direction into the atmosphere through exhaust manifold, purge and fill the cylinder cavity through the purge windows opened by the second piston with a fresh charge, bypass part of the fresh charge, without obstructing its movement, from the cavity after the combustion products with fresh charge filling the parts of the exhaust manifold, then the exhaust manifold section is closed with a spool organ synchronized with the movement of the pistons, blocking the combustion products and thereby increasing the pressure in the exhaust manifold in front of the spool organ along the gas flow from the cavity cylinder, displace the fresh charge received in the exhaust manifold, high gas pressure in front of the spool device back in the direction of the cylinder Indra and inject a fresh charge from the exhaust manifold blocked by the spool device into the cylinder cavity through the open exhaust windows due to the energy of the combustion products, then close the exhaust windows of the cylinder with the first piston, and the pistons move in the cylinder synchronously or the first piston moves ahead of the second piston no more than by 5 degrees of the angle of rotation of the crank shafts, and the cylinder cavity is filled, at least by displacing each piston with a fresh charge from the crank chamber.

Поставленная задача достигается также тем, что свежий заряд из кривошипной камеры первого поршня направляют в продувочные окна, управляемые первым и/или вторым поршнями.The task is also achieved by the fact that a fresh charge from the crank chamber of the first piston is sent to the purge windows controlled by the first and / or second pistons.

Поставленная задача достигается также тем, что продувочные окна, управляемые первым поршнем, выполнены в виде пояса окон, расположенному параллельно поясу выпускных окон, с возможностью их открытия поршнем после открытия выпускных окон.The task is also achieved by the fact that the purge windows controlled by the first piston are made in the form of a window belt located parallel to the belt of the exhaust windows, with the possibility of their opening by the piston after opening the exhaust windows.

Поставленная задача достигается также тем, что выпускные окна и управляемые первым поршнем продувочные окна расположены в отдельных соседних секторах окружности внутренней поверхности цилиндра.The task is also achieved by the fact that the outlet windows and the blowdown windows controlled by the first piston are located in separate adjacent sectors of the circumference of the inner surface of the cylinder.

Поставленная задача достигается также тем, что свежий заряд из кривошипной камеры первого поршня подают в выпускной коллектор после превышения величиной давления сжатого в кривошипной камере свежего заряда величины давления газов в выпускном коллекторе.The task is also achieved by the fact that a fresh charge from the crank chamber of the first piston is fed to the exhaust manifold after the pressure value of the fresh charge compressed in the crank chamber exceeds the value of the gas pressure in the exhaust manifold.

Поставленная задача достигается также тем, что часть выпускного коллектора выполняют в виде кольцевого канала вокруг пояса выпускных окон, а свежий заряд подают в кольцевой канал через обратные клапаны.The task is also achieved by the fact that part of the exhaust manifold is made in the form of an annular channel around the belt of the exhaust windows, and fresh charge is supplied to the annular channel through the check valves.

Поставленная задача достигается также тем, что двигатель наддувают, при этом свежий заряд подают с избыточным давлением, по меньшей мере, в каждую кривошипную камеру, либо дополнительно подают непосредственно к продувочным окнам.The task is also achieved by the fact that the engine is pressurized, while a fresh charge is supplied with excess pressure to at least each crank chamber, or is additionally fed directly to the purge windows.

Заявленное изобретение поясняется при помощи чертежей.The claimed invention is illustrated using the drawings.

На фиг.1 показан продольный разрез описываемого двигателя, вариант с подачей свежего заряда из кривошипной камеры первого поршня в окна, управляемые вторым поршнем;Figure 1 shows a longitudinal section of the described engine, the option of supplying a fresh charge from the crank chamber of the first piston to the windows controlled by the second piston;

На фиг.2 - то же, вариант с подачей свежего заряда из кривошипной камеры первого поршня в пояс окон, управляемых первым поршнем и в окна, управляемые вторым поршнем;Figure 2 is the same, the option of supplying a fresh charge from the crank chamber of the first piston to the belt of windows controlled by the first piston and to the windows controlled by the second piston;

На фиг.3 - то же, вариант с подачей свежего заряда из кривошипной камеры первого поршня в отдельный сектор продувочных окон, управляемых первым поршнем;Figure 3 is the same, the option of supplying a fresh charge from the crank chamber of the first piston to a separate sector of the purge windows controlled by the first piston;

На фиг.4 - то же, вариант с подачей свежего заряда из кривошипной камеры первого поршня в отдельный пояс продувочных окон, управляемых первым поршнем;Figure 4 is the same, the option of supplying a fresh charge from the crank chamber of the first piston to a separate belt purge windows controlled by the first piston;

На фиг.5 - то же, вариант с подачей свежего заряда из кривошипной камеры первого поршня в выпускной коллектор.Figure 5 is the same, the option of supplying a fresh charge from the crank chamber of the first piston to the exhaust manifold.

На фиг.6-10 показана последовательность работы двигателя по описываемому способу, на фиг.6 - момент открытия первым поршнем выпускных окон и начало свободного выпуска продуктов сгорания;Fig.6-10 shows the sequence of the engine according to the described method, Fig.6 - the moment the first piston opens the exhaust windows and the beginning of the free release of combustion products;

На фиг.7 - конец свободного выпуска и начало продувки полости цилиндра через открываемые вторым поршнем продувочные окна;In Fig.7 - the end of the free release and the beginning of the purge of the cylinder cavity through the purge windows opened by the second piston;

На фиг.8 - начало продувки через управляемые первым поршнем продувочные окна;On Fig - the beginning of the purge through controlled by the first piston purge window;

На фиг.9 - перекрытие золотником выпускного коллектора и начало обратного движения части продуктов сгорания в сторону полости цилиндра;In Fig.9 - overlapping spool of the exhaust manifold and the beginning of the reverse movement of part of the combustion products in the direction of the cylinder cavity;

На фиг.10 - возврат выпущенного из цилиндра свежего заряда перед закрытием первым поршнем выпускных окон;Figure 10 - return released from the cylinder fresh charge before closing the first piston of the exhaust windows;

На фиг.11 показан вариант реализации способа с противодавлением в районе продувочных окон, управляемых как первым, так и вторьм поршнями;11 shows an embodiment of a backpressure method in the region of purge windows controlled by both the first and second pistons;

На фиг.12 - то же, с противодавлением в районе продувочных окон, управляемых первым поршнем;On Fig - the same, with backpressure in the region of the purge windows controlled by the first piston;

На фиг.13 - то же, с подачей свежего заряда нагнетателем к продувочным окнам через продувочную полость;In Fig.13 - the same, with the supply of a fresh charge by the supercharger to the purge windows through the purge cavity;

На фиг.14 показан момент возврата выпущенного из цилиндра свежего заряда с перепуском его части в подпоршневую камеру для создания противодавления в районе продувочных окон в конструкции, показанной на фиг.12;On Fig shows the moment of return of the fresh charge released from the cylinder with the transfer of part of it to the piston chamber to create back pressure in the area of the purge windows in the design shown in Fig.12;

На фиг.15 показан продольный разрез двигателя, в котором реализуется второй вариант способа организации газообмена, который имеет отдельные пояса выпускных и продувочных окон;On Fig shows a longitudinal section of the engine, which implements the second variant of the method of organizing gas exchange, which has a separate belt outlet and purge windows;

На фиг.16 - то же, вариант выполнения двигателя с дополнительными продувочными каналами с обратными клапанами для подачи заряда в выпускной коллектор;In Fig.16 is the same, an embodiment of an engine with additional purge channels with check valves for supplying charge to the exhaust manifold;

На фиг.17 - то же, вариант с объединением выпускных коллекторов в общий выпускной трубопровод;In Fig.17 is the same, the option of combining the exhaust manifolds into a common exhaust pipe;

На фиг.18-21 показана последовательность работы двигателя по второму варианту способа, на фиг.18 - момент открытия обоими поршнями выпускных окон и начало свободного выпуска продуктов сгорания;On Fig-21 shows the sequence of the engine according to the second variant of the method, on Fig - the moment of opening by both pistons of the exhaust windows and the beginning of the free release of combustion products;

На фиг.19 - конец свободного выпуска и начало продувки полости цилиндра через открываемые обоими поршнями продувочные окна;In Fig.19 - the end of the free release and the beginning of the purge of the cylinder cavity through the purge windows opened by both pistons;

На фиг.20 - перекрытие золотниками выпускных коллекторов и начало обратного движения части продуктов сгорания в сторону полости цилиндра;In Fig.20 - overlapping spools of exhaust manifolds and the beginning of the reverse movement of part of the combustion products in the direction of the cylinder cavity;

На фиг.21 - возврат выпущенного из цилиндра свежего заряда перед закрытием обоими поршнями выпускных окон.On Fig - return released from the cylinder fresh charge before closing both pistons of the exhaust windows.

Первый вариант описываемого способа организации газообмена реализуется в двухтактном двигателе, содержащем поршень 1 и поршень 2, установленные встречно в цилиндре 3 с образованием общей рабочей полости 4. Поршень 1 управляет открытием и закрытием либо только выпускных окон 5, либо и выпускных окон 5 и продувочных окон 6. Поршень 2 управляет открытием и закрытием только продувочных окон 7. Каждый поршень, как 1, так и 2 связан с приводным валом (на чертежах не показан) при помощи штока или шатуна 8. Поршни 1 и 2 установлены с образованием подпоршневых камер переменного объема, соответственно, 9 и 10.The first variant of the described method of organizing gas exchange is implemented in a two-stroke engine containing a piston 1 and a piston 2, mounted counterclockwise in the cylinder 3 with the formation of a common working cavity 4. The piston 1 controls the opening and closing of either only the exhaust windows 5 or exhaust windows 5 and blowdown windows 6. Piston 2 controls the opening and closing of only purge windows 7. Each piston, both 1 and 2, is connected to the drive shaft (not shown in the drawings) using a rod or connecting rod 8. Pistons 1 and 2 are installed with the formation of a piston x variable volume chambers, respectively, 9 and 10.

Выпускные окна 5 сообщены с выпускным коллектором 11. Подпоршневая камера 10 поршня 2 связана с продувочными окнами 7 при помощи продувочных каналов 12. Подпоршневая камера 9 поршня 1 связана, либо с продувочными окнами 7 при помощи продувочных каналов 13 (фиг.1), либо с продувочными окнами 6 - при помощи продувочных каналов 14 (фиг.3), либо с продувочными окнами 6 и 7, соответственно при помощи каналов 13 и 14 (фиг.2). Либо подпоршневая камера 9 связана непосредственно с выпускным коллектором 11 при помощи каналов 15 с установленными в них запорными органами, например, обратными клапанами 16 (фиг.5).The exhaust windows 5 are in communication with the exhaust manifold 11. The piston chamber 10 of the piston 2 is connected to the purge windows 7 via the purge channels 12. The piston chamber 9 of the piston 1 is connected either to the purge windows 7 by the purge channels 13 (Fig. 1), or purge windows 6 - using purge channels 14 (Fig. 3), or with purge windows 6 and 7, respectively, using channels 13 and 14 (Fig. 2). Or the piston chamber 9 is connected directly to the exhaust manifold 11 via channels 15 with shut-off bodies installed in them, for example, check valves 16 (Fig. 5).

Каждая кривошипная камера 9 и 10 связана с источником свежего заряда при помощи впускного канала (на чертежах не показаны).Each crank chamber 9 and 10 is connected to a fresh charge source via an inlet channel (not shown in the drawings).

В выпускном коллекторе 11 установлено золотниковое устройство, например, вращающийся диск 17 с вырезом, с возможностью перекрытия сечения выпускного коллектора 11 на заданное время. Диск 17 золотника кинематически связан с приводным валом.In the exhaust manifold 11, a spool device is installed, for example, a rotating disk 17 with a cutout, with the possibility of overlapping the cross section of the exhaust manifold 11 for a predetermined time. The spool disc 17 is kinematically connected to the drive shaft.

Двигатель может содержать нагнетатель (на чертежах не показан), подающий свежий заряд либо в одну из подпоршневых камер 9, либо в обе камеры 9 и 10, либо непосредственно к продувочным окнам 6 и/или 7 через продувочную полость 18 постоянного объема. При этом на входе в продувочную полость 18 канала от нагнетателя может быть установлен запорный орган 19, например, управляемый или самодействующий клапан.The engine may contain a supercharger (not shown in the drawings) that delivers a fresh charge either to one of the sub-piston chambers 9, or to both chambers 9 and 10, or directly to the purge windows 6 and / or 7 through a purge cavity 18 of constant volume. At the same time, at the entrance to the purge cavity 18 of the channel from the blower, a shut-off element 19 can be installed, for example, a controlled or self-acting valve.

Двигатель работает следующим образом. Свежий заряд попадает в обе подпоршневые камеры 9 и 10 по впускным каналам, либо под действием разрежения, создаваемого движущимися к ВМТ навстречу друг другу поршнями 1 и 2, либо под избыточным давлением, создаваемым нагнетателем. В рабочей полости 4 цилиндра 3 в районе ВМТ между поршнями 1 и 2 начинается сгорание сжатого свежего заряда. Причем к ВМТ оба поршня 1 и 2 подходят синхронно, поэтому давление продуктов сгорания реализуется в работу наиболее полно, без потерь на преодоление давления сгорания, в отличие от того, как это происходит в известном уровне техники при запаздывании одного из поршней.The engine operates as follows. Fresh charge enters both piston chambers 9 and 10 through the inlet channels, either under the action of the vacuum created by the pistons 1 and 2 moving towards TDC or against the overpressure created by the supercharger. In the working cavity 4 of the cylinder 3 in the TDC area between the pistons 1 and 2, combustion of the compressed fresh charge begins. Moreover, both pistons 1 and 2 are suitable for TDC synchronously, so the pressure of the combustion products is realized in the most complete way, without loss of overcoming the combustion pressure, in contrast to how this happens in the prior art when one of the pistons is delayed.

В конце расширения поршень 1 открывает сначала выпускные окна 5, и начинается свободный выпуск продуктов сгорания в выпускной коллектор 11 (фиг.6). Причем конструктивным путем достигается максимально возможное время-сечение свободного выпуска, например, путем использования целого пояса выпускных окон 5. В этом случае полость 4 цилиндра 3 освобождается от продуктов сгорания с максимально возможной скоростью, что позволяет не только полностью ее очистить, но и создать разрежение (эффект Каденаси) для увеличения перепада давления между полостью 4 и каждой подпоршневой камерой 9 и 10 или впускным каналом, непосредственно подающим свежий заряд от нагнетателя. При таком подходе к продувке двухтактного двигателя нет необходимости решать проблемы, связанные с выбором углов направления продувочных каналов к цилиндру 3 (возникающие при проектировании известных двигателей) для предотвращения выноса свежего заряда в выпускной коллектор и перемешивания свежего заряда с продуктами сгорания.At the end of the expansion, the piston 1 first opens the exhaust ports 5, and the free release of combustion products into the exhaust manifold 11 begins (FIG. 6). Moreover, the maximum possible time-cross section of free release is achieved constructively, for example, by using a whole belt of exhaust windows 5. In this case, the cavity 4 of the cylinder 3 is freed from the combustion products at the highest possible speed, which allows not only to completely clean it, but also to create a vacuum (Kadenashi effect) to increase the pressure drop between the cavity 4 and each piston chamber 9 and 10 or the inlet channel, which directly supplies fresh charge from the supercharger. With this approach to blowing a two-stroke engine, there is no need to solve the problems associated with the choice of the angles of direction of the blowing channels to cylinder 3 (arising from the design of known engines) to prevent the transfer of fresh charge to the exhaust manifold and mixing of the fresh charge with the combustion products.

При реализации заявленного способа работы надо лишь обеспечить минимальное сопротивление проходу свежего заряда в уже пустую полость 4 цилиндра по продувочным каналам 12, 13 и 14 и окнам 6 и 7. После окончания свободного выпуска сначала открываются продувочные окна 7 поршнем 2, и начинается наполнение полости 4 свежим зарядом из подпоршневой камеры 10 по продувочным каналам 12 при открытых выпускных окнах 5 (фиг.7). Так как описываемая продувка является прямоточной, то полость 4 последовательно и полностью наполняется (фиг.8) до тех пор, пока свежий заряд не начнет выходить через выпускные окна 5 (фиг.9) в выпускной коллектор 11 (при подаче свежего заряда к оси цилиндра 3 равномерно по его окружности и в направлении, примерно перпендикулярном к этой оси в продольной плоскости, поток свежего заряда вытесняет остаточные газы из всех зон полости 4 с минимальными затратами энергии на продувку).When implementing the claimed method of operation, it is only necessary to provide minimal resistance to the passage of a fresh charge into an already empty cavity 4 of the cylinder through the purge channels 12, 13 and 14 and windows 6 and 7. After the end of the free outlet, the purge windows 7 first open with the piston 2, and the filling of the cavity 4 begins fresh charge from the piston chamber 10 through the purge channels 12 with the open exhaust ports 5 (Fig.7). Since the described purge is straight-through, the cavity 4 is sequentially and completely filled (Fig. 8) until a fresh charge begins to flow out through the outlet windows 5 (Fig. 9) into the exhaust manifold 11 (when a fresh charge is applied to the cylinder axis 3 uniformly along its circumference and in a direction approximately perpendicular to this axis in the longitudinal plane, the fresh charge stream displaces the residual gases from all zones of the cavity 4 with minimal expenditure of energy for purging).

Надо отметить, что направление выхода продувочных каналов в полость 4 под углом к поверхности цилиндра 3 в любой плоскости приводит к снижению расхода свежего заряда при продувке. Любое дросселирование выпускного коллектора (очень распространенный в современном уровне техники прием) для уменьшения прямых потерь свежего заряда мешает наполнению полости 4 цилиндра 3. Что касается волновых резонаторов, то их использование является малоэффективным и не способствует возврату в полость цилиндра уже вышедшего из него свежего заряда. По сути это то же дросселирование в районе выпускных окон, но в расчетный кратковременный период.It should be noted that the direction of exit of the purge channels into the cavity 4 at an angle to the surface of the cylinder 3 in any plane reduces the consumption of fresh charge during purging. Any throttling of the exhaust manifold (a technique very common in the state of the art) to reduce direct losses of fresh charge prevents the filling of cavity 4 of cylinder 3. As for wave resonators, their use is ineffective and does not contribute to the return of the fresh charge that has already left it into the cylinder cavity. In essence, this is the same throttling in the area of the outlet windows, but in the short-term settlement period.

В конце наполнения полости 4, при реализации заявленного способа, на значительном удалении от цилиндра 3 выпускной коллектор 11 перекрывают диском 17 золотника (фиг.9), преграждая путь продуктам сгорания, покинувшим полость 4. При этом давление в перекрытом выпускном коллекторе 11 возрастает, препятствуя движению вышедшего из цилиндра 3 свежего заряда по выпускному коллектору 11. Более того, давление продуктов сгорания в выпускном коллекторе 11 выдавливает свежий заряд обратно в полость 4 (фиг.10).At the end of the filling of the cavity 4, when implementing the inventive method, at a considerable distance from the cylinder 3, the exhaust manifold 11 is closed by the spool disc 17 (Fig. 9), blocking the path of the combustion products leaving the cavity 4. The pressure in the blocked exhaust manifold 11 increases, obstructing the movement of the fresh charge emerging from the cylinder 3 along the exhaust manifold 11. Moreover, the pressure of the combustion products in the exhaust manifold 11 squeezes the fresh charge back into the cavity 4 (FIG. 10).

К этому моменту продувочные окна 7 закрываются поршнем 2, перешедшим НМТ. Выпускные окна 5 еще не закрыты поршнем 1.At this point, the purge windows 7 are closed by the piston 2, which passed the BDC. The exhaust ports 5 are not yet closed by the piston 1.

В известных двигателях движущиеся от НМТ поршни выдавливают значительное количество свежего заряда через выпускные окна в выпускной коллектор. В заявленном - через незакрытые еще окна 5 происходит, по существу, дозарядка полости 4 цилиндра 3. Причем, чем большим выбрано время-сечение свободного выпуска (что позволяет решить проблему очистки цилиндра от продуктов сгорания), тем больше дозарядка цилиндра. Достичь такого явления, как «дозарядка», можно в том случае, если свежий заряд проходит через всю полость 4, полностью наполняя ее, и выходит в выпускной коллектор 11, не испытывая значительного сопротивления, как при проходе через продувочные каналы и окна, так и при выходе из полости 4. Желательно также, чтобы величина вредного объема в подпоршневых камерах была минимально возможной, тогда продувка будет более интенсивной, возникнет явление инерционного наддува свежего заряда в подпоршневые камеры 9 и 10 и, соответственно, в полость 4 цилиндра 3. То есть. чем больше свежего заряда выйдет из полости 4 после ее заполнения, тем большим будет ее наполнение за счет дозарядки перед закрытием выпускных окон 5.In known engines, pistons moving from the BDC squeeze a significant amount of fresh charge through the exhaust ports into the exhaust manifold. In the claimed case, through still open windows 5, essentially recharging of the cavity 4 of cylinder 3 takes place. Moreover, the larger the time-cross section of the free outlet is selected (which allows solving the problem of cleaning the cylinder of combustion products), the more recharging the cylinder. Achieving the phenomenon of “recharging” is possible if a fresh charge passes through the entire cavity 4, completely filling it, and enters the exhaust manifold 11 without experiencing significant resistance, both when passing through the purge channels and windows, and when leaving the cavity 4. It is also desirable that the amount of harmful volume in the sub-piston chambers be as low as possible, then the purge will be more intense, the phenomenon of inertial pressurization of the fresh charge into the sub-piston chambers 9 and 10 and, accordingly, into the cavity 4 of the cylinder 3. That is. the more fresh charge leaves the cavity 4 after it is filled, the greater will be its filling due to recharging before closing the outlet windows 5.

Все перечисленные в предыдущем абзаце действия недопустимы при организации рабочего процесса в двухтактных двигателях известного уровня техники, так как приводят к значительным прямым потерям свежего заряда и недостаточной подаче заряда вследствие повышенного сопротивления его движению. Возможно значительное уменьшение потерь заряда в известных двигателях с ПДП только за счет относительного углового смещения валов, позволяющего реализовать несимметричные фазы газораспределения. Однако, как указывалось выше в анализе уровня техники, такой метод решения проблемы очистки цилиндра и его наполнения приводит к значительным потерям мощности и ухудшению надежности и ресурса.All the actions listed in the previous paragraph are unacceptable during the organization of the working process in two-stroke engines of the prior art, as they lead to significant direct losses of fresh charge and insufficient charge supply due to increased resistance to its movement. It is possible to significantly reduce charge losses in known engines with MAP only due to the relative angular displacement of the shafts, which allows for asymmetric valve timing. However, as mentioned above in the analysis of the prior art, this method of solving the problem of cleaning the cylinder and its filling leads to significant power losses and a deterioration in reliability and resource.

Подача свежего заряда из подпоршневой камеры 9 может осуществляться несколькими способами, некоторые из которых широко известны из уровня техники.The supply of fresh charge from the piston chamber 9 can be carried out in several ways, some of which are widely known in the art.

Так, свежий заряд может быть направлен в полость 4 по продувочным каналам 13 к продувочным окнам 7, управляемым поршнем 2. Несмотря на увеличенную по сравнению с каналами 12 длину каналов 13 такое решение позволяет осуществить однонаправленное движение газов в течение всего периода прямоточной продувки. Однако при этом уменьшается эффективность охлаждения зоны цилиндра 3 в районе расположения выпускных окон 5.So, a fresh charge can be directed into the cavity 4 through the purge channels 13 to the purge windows 7 controlled by the piston 2. Despite the increased length of the channels 13 compared to the channels 12, this solution allows for unidirectional gas movement throughout the entire straight-through purge period. However, this decreases the cooling efficiency of the zone of the cylinder 3 in the area of the outlet windows 5.

Свежий заряд может быть направлен в полость 4 по продувочным каналам 14 к продувочным окнам 6, управляемым поршнем 1. В этом варианте длина перепускных каналов, как 12, так и 14 минимальна, что уменьшает величину вредного объема подпоршневых камер 10 и 9. Несколько улучшается, по сравнению с предыдущим вариантом, охлаждение зоны выпуска цилиндра 3, но при этом увеличивается неравномерность температуры по окружности цилиндра 3, что может привести к ухудшению уплотнения полости 4 в конце расширения.Fresh charge can be directed into the cavity 4 through the purge channels 14 to the purge windows 6 controlled by the piston 1. In this embodiment, the length of the bypass channels, 12 and 14, is minimal, which reduces the amount of harmful volume of the piston chambers 10 and 9. It improves somewhat, compared with the previous version, the cooling of the exhaust zone of the cylinder 3, but this increases the temperature non-uniformity around the circumference of the cylinder 3, which may lead to a deterioration of the seal of the cavity 4 at the end of the expansion.

Предпочтительным может быть вариант подачи свежего заряда из подпоршневой камеры 9 непосредственно в выпускной коллектор 11 по каналам 15 с установленными в них запорными органами, выполненными, например, в виде обратных клапанов 16 (см. фиг.5). В этом варианте после выпуска продуктов сгорания из полости 4 давление газов в районе выпускных окон 5 понижается еще до прихода поршня 1 в НМТ. В результате значительного перепада давления между полостью 4 и подпоршневой камерой 9 свежий заряд подается через обратные клапаны 16 в кольцевой канал выпускного коллектора 11 вокруг пояса окон 5. За счет повышенной интенсивности подачи заряда из камеры 9, достигнутой путем увеличения ее степени сжатия, часть свежего заряда попадает в полость 4 через кольцевую часть коллектора 11 и окна 5. Остальной заряд направляется в выпускной коллектор 11 вслед за продуктами сгорания, покинувшими полость 4 цилиндра 3.It may be preferable to supply fresh charge from the piston chamber 9 directly to the exhaust manifold 11 through channels 15 with shut-off bodies installed in them, made, for example, in the form of check valves 16 (see FIG. 5). In this embodiment, after the release of combustion products from the cavity 4, the gas pressure in the region of the exhaust windows 5 decreases even before the piston 1 arrives at the BDC. As a result of a significant pressure drop between the cavity 4 and the piston chamber 9, fresh charge is supplied through the check valves 16 to the annular channel of the exhaust manifold 11 around the window girdle 5. Due to the increased charge supply from the chamber 9, achieved by increasing its compression ratio, part of the fresh charge enters the cavity 4 through the annular part of the collector 11 and the window 5. The remaining charge is directed to the exhaust manifold 11 after the combustion products leaving the cavity 4 of the cylinder 3.

При реализации указанного варианта возможно максимальное наполнение полости 4. Так, объем заряда, подаваемого в полость 4 из подпоршневой камеры 10, в два раза меньше объема полости 4. Поэтому при повышенной интенсивности продувки и относительно свободному движению заряда по полости 4 (из-за уменьшения сопротивления выпуску) возникает эффект инерционного наддува и дозарядки, как подпоршневой камеры 10, так и полости 4. То есть к моменту закрытия выпускных окон 5 полость 4 полностью может быть заполнена зарядом. Тогда возврат всего свежего заряда, вышедшего из подпоршневой камеры 9 в выпускной коллектор 11, приведет к дозарядке полости 4 на 50%, что, по существу, является наддувом двигателя путем непосредственного использования энергии продуктов сгорания в обменнике давления.When implementing this option, the maximum filling of the cavity 4 is possible. Thus, the amount of charge supplied to the cavity 4 from the piston chamber 10 is two times less than the volume of the cavity 4. Therefore, with increased purge intensity and relatively free movement of the charge through the cavity 4 (due to a decrease resistance to the outlet), the effect of inertial pressurization and recharging of both the sub-piston chamber 10 and the cavity 4 occurs. That is, by the time the exhaust windows 5 are closed, the cavity 4 can be completely filled with charge. Then, the return of all the fresh charge leaving the sub-piston chamber 9 to the exhaust manifold 11 will lead to recharging the cavity 4 by 50%, which, in essence, is a supercharging of the engine by directly using the energy of the combustion products in the pressure exchanger.

При этом не имеет большого значения способ смесеобразования, так как в полость 4 возвращается практически весь вышедший из цилиндра заряд, будь то воздух или топливовоздушная смесь.In this case, the method of mixture formation is not of great importance, since almost the entire charge leaving the cylinder returns to cavity 4, be it air or air-fuel mixture.

Для увеличения наполнения полости 4 цилиндра за счет увеличения время-сечения подачи заряда через выпускные окна 5 за счет более раннего начала возврата заряда необходимо предотвратить выход свежего заряда из полости 4 через незакрытые еще, по крайней мере, продувочные окна 6. Для этого в период нагнетания свежего заряда из выпускного коллектора 11 в полость 4 цилиндра повышают давление в районе продувочных окон 6 и/или 7 снаружи цилиндра 3. Варианты реализации импульсного повышения давления в заданный момент могут быть разными, например, с использованием резонаторов Гельмгольца или путем кратковременной подачи порции свежего заряда из воздушного или газового аккумулятора.To increase the filling of the cavity 4 of the cylinder by increasing the time-cross-section of the charge supply through the outlet windows 5 due to an earlier start of the charge return, it is necessary to prevent the fresh charge from leaving the cavity 4 through at least purge windows 6 not yet closed. For this, during the discharge period fresh charge from the exhaust manifold 11 into the cavity 4 of the cylinder increase the pressure in the region of the purge windows 6 and / or 7 outside the cylinder 3. Variants of the pulse pressure increase at a given moment may be different, for example, using the use of Helmholtz resonators or by briefly supplying a portion of a fresh charge from an air or gas battery.

Предпочтительным для заявляемого способа является вариант повышения давления снаружи продувочных окон 6, заключающийся в подаче свежего заряда из выпускного коллектора 11 как в полость 4 через выпускные окна 5, так и к продувочным окнам 6, например, в подпоршневую камеру 9 по перепускному каналу 20 с установленным в нем запорным органом 21. Причем заряд может быть подан и к продувочным окнам 7, перед их закрытием поршнем 2 в начале такта сжатия. При выполнении двигателя с подачей свежего заряда от нагнетателя непосредственно к продувочным окнам 6 и/или 7 (фиг.13) свежий заряд из выпускного коллектора 11 подается и в полость 4 через выпускные окнаPreferred for the proposed method is the option of increasing the pressure outside the purge windows 6, which consists in supplying fresh charge from the exhaust manifold 11 both into the cavity 4 through the exhaust windows 5 and to the purge windows 6, for example, into the piston chamber 9 through the bypass channel 20 with the overflow channel 20 installed it has a locking body 21. Moreover, the charge can be applied to the purge windows 7, before they are closed by the piston 2 at the beginning of the compression stroke. When the engine is running with a fresh charge from the supercharger directly to the purge windows 6 and / or 7 (Fig. 13), fresh charge from the exhaust manifold 11 is also supplied to the cavity 4 through the exhaust windows

5. и в продувочную полость 18 по перепускному каналу 20 с установленным в нем запорным органом 21. Запорный орган 19 в момент импульсного повышения давления в полости 18 прикрывается для предотвращения перепуска из нее свежего заряда в сторону нагнетателя.5. and into the purge cavity 18 through the bypass channel 20 with the shut-off element 21 installed therein. The shut-off element 19 is covered at the time of the pulse increase in pressure in the cavity 18 to prevent fresh charge from being transferred from it towards the supercharger.

Во втором варианте реализации способа газообмена в двухтактном двигателе оба поршня 1 и 2 управляют открытием и закрытием выпускных окон 5 и продувочных оконIn the second embodiment of the gas exchange method in a two-stroke engine, both pistons 1 and 2 control the opening and closing of exhaust windows 5 and purge windows

6. Каждый поршень как 1, так и 2, связан с приводным валом (на чертежах не показан), по меньшей мере, при помощи шатуна или штока 8. Поршни 1 и 2 установлены с образованием подпоршневых камер переменного объема, соответственно, 9 и 10.6. Each piston, both 1 and 2, is connected to the drive shaft (not shown in the drawings), at least by means of a connecting rod or rod 8. Pistons 1 and 2 are installed with the formation of piston chambers of variable volume, respectively, 9 and 10 .

Каждый пояс выпускных окон 5 сообщен со своим выпускным коллектором 11. Подпоршневые камеры 9 и 10 связаны с продувочными окнами 6 при помощи продувочных каналов 12. Подпоршневые камеры 9 и 10 могут быть дополнительно связаны непосредственно с выпускным коллектором 11 при помощи дополнительных продувочных каналов 15 с установленными в них запорными органами, выполненными, например, в виде обратных клапанов 16.Each belt of exhaust windows 5 is in communication with its exhaust manifold 11. Piston chambers 9 and 10 are connected to the purge windows 6 via purge channels 12. The piston chambers 9 and 10 can be additionally connected directly to the exhaust manifold 11 using additional purge channels 15 with installed in them locking elements made, for example, in the form of check valves 16.

Каждая подпоршневая камера 9 и 10 связана с источником свежего заряда при помощи впускного канала (на чертежах не показаны).Each piston chamber 9 and 10 is connected to a fresh charge source via an inlet channel (not shown in the drawings).

В выпускных коллекторах 11 установлено золотниковое устройство, например, вращающийся диск 17 с вырезом, с возможностью перекрытия сечения каждого выпускного коллектора 11 на заданное время. В этом случае каждый диск 17 кинематически связан с приводным валом (на чертежах не показан). Может быть установлен единственный диск 17 золотника с двумя вырезами с возможностью перекрытия обоих коллекторов 11 одновременно или с временным сдвигом по углу поворота диска 17. Два коллектора 11 могут быть объединены в один выпускной трубопровод 22. В этом случае также устанавливается единственный диск 17 золотника, который кинематически связан с приводным валом.In the exhaust manifolds 11, a spool device is installed, for example, a rotating disk 17 with a cutout, with the possibility of overlapping the cross section of each exhaust manifold 11 for a predetermined time. In this case, each disk 17 is kinematically connected with the drive shaft (not shown in the drawings). A single spool disk 17 with two cutouts can be installed with the possibility of overlapping both collectors 11 simultaneously or with a temporary shift in the angle of rotation of the disk 17. Two collectors 11 can be combined into one exhaust pipe 22. In this case, a single spool disk 17 is also installed, which kinematically connected to the drive shaft.

Двигатель может содержать нагнетатель (на чертежах не показан), подающий свежий заряд либо в оба впускных канала, либо непосредственно к продувочным окнам 6, либо к дополнительным продувочным каналам 18 с обратными клапанами 16, либо ко всем органам впуска и продувки одновременно.The engine may contain a supercharger (not shown in the drawings) that delivers a fresh charge either to both inlet channels, or directly to the purge windows 6, or to additional purge channels 18 with check valves 16, or to all the intake and purge bodies at the same time.

Двигатель по второму варианту выполнения работает следующим образом. Свежий заряд попадает в обе кривошипные камеры 9 и 10 по впускным каналам либо под действием разрежения, создаваемого движущимися к ВМТ навстречу друг другу поршнями 1 и 2, либо под избыточным давлением, создаваемым нагнетателем. В рабочей полости 4 цилиндра 3 в районе ВМТ между поршнями 1 и 2 начинается сгорание сжатого свежего заряда. Причем к ВМТ оба поршня 1 и 2 подходят синхронно, поэтому давление продуктов сгорания реализуется в работу наиболее полно, без потерь на преодоление давления сгорания, в отличие от того, как это происходит в известном уровне техники при запаздывании одного из поршней.The engine according to the second embodiment is as follows. Fresh charge enters both crank chambers 9 and 10 through the inlet channels either under the action of the vacuum created by the pistons 1 and 2 moving towards TDC or with the overpressure created by the supercharger. In the working cavity 4 of the cylinder 3 in the TDC area between the pistons 1 and 2, combustion of the compressed fresh charge begins. Moreover, both pistons 1 and 2 are suitable for TDC synchronously, so the pressure of the combustion products is realized in the most complete way, without loss of overcoming the combustion pressure, in contrast to how this happens in the prior art when one of the pistons is delayed.

В конце расширения поршни 1 и 2 одновременно или с небольшим относительным смещением открывают сначала выпускные окна 5, и начинается свободный выпуск продуктов сгорания в выпускной коллектор 11. Причем конструктивным путем достигается максимально возможное время-сечение свободного выпуска, например, путем использования целых поясов выпускных окон 5. В этом случае полость 4 цилиндра 3 освобождается от продуктов сгорания с максимально возможной скоростью, что позволяет не только полностью ее очистить, но и создать разрежение (эффект Каденаси) для увеличения перепада давления между полостью 4 и каждой подпоршневой камерой 9 и 10. При таком подходе к продувке двухтактного двигателя нет необходимости решать проблемы, связанные с выбором углов направления продувочных каналов к цилиндру 3 (возникающие при проектировании известных двигателей) для предотвращения выноса свежего заряда в выпускной коллектор и перемешивания свежего заряда с продуктами сгорания.At the end of the expansion, the pistons 1 and 2, simultaneously or with a small relative displacement, first open the exhaust ports 5, and the free release of combustion products into the exhaust manifold 11 begins. Moreover, constructively, the maximum possible time-cross section of the free exhaust is achieved, for example, by using whole belts of the exhaust windows 5. In this case, the cavity 4 of the cylinder 3 is freed from the combustion products at the highest possible speed, which allows not only to completely clean it, but also to create a vacuum (Kaden effect i) to increase the pressure drop between the cavity 4 and each piston chamber 9 and 10. With this approach to blowing a two-stroke engine, there is no need to solve the problems associated with choosing the angles of direction of the blowing channels to cylinder 3 (arising from the design of known engines) to prevent fresh charge into the exhaust manifold and mixing the fresh charge with the products of combustion.

При реализации заявленного способа работы надо лишь обеспечить минимальное сопротивление проходу свежего заряда в уже пустую полость 4 по продувочным каналам 12 и окнам 6. После окончания свободного выпуска открываются продувочные окна 6 поршнями 1 и 2, и начинается наполнение полости 4 свежим зарядом из обеих подпоршневых камер 9 и 10 при открытых выпускных окнах 5. В описываемом варианте выполнения продувка является встречной фонтанной, симметричной, относительно середины длины цилиндра 3. При этом свежий заряд подается к продольной оси цилиндра в радиальном направлении, преимущественно, вдоль поверхности днища обоих поршней 1 и 2. После встречи продувочных потоков свежего заряда в районе продольной оси цилиндра, две области с повышенным давлением свежего заряда расширяются в радиальном направлении к выпускным окнам 5 и в осевом направлении к середине цилиндра 3 навстречу другой области со свежим зарядом. Так как интенсивность подачи свежего заряда в цилиндр 3 достаточно высока из-за повышенной степени сжатия в подпоршневых камерах 10 и 11, то скорость встречного перемещения областей повышенного давления продувочного заряда вдоль продольной оси цилиндра 3 превышает радиальную их скорость в направлении к выпускным окнам 5. Поэтому полость 4 последовательно и полностью наполняется с двух противоположных сторон цилиндра 3 до тех пор, пока свежий заряд не начнет выходить через выпускные окна 5 в выпускные коллекторы 11. При этом поток свежего заряда вытесняет остаточные газы из всех зон полости 4 с минимальными затратами энергии на продувку.When implementing the claimed method of operation, it is only necessary to provide minimal resistance to the passage of the fresh charge into the already empty cavity 4 through the purge channels 12 and windows 6. After the free discharge is completed, the purge windows 6 open with pistons 1 and 2, and the cavity 4 is filled with fresh charge from both piston chambers 9 and 10 with the exhaust openings 5. In the described embodiment, the purge is an oncoming fountain, symmetrical with respect to the middle of the length of the cylinder 3. In this case, a fresh charge is supplied to the longitudinal axis of the cylinder Ndra in the radial direction, mainly along the surface of the bottom of both pistons 1 and 2. After meeting the purge flows of fresh charge in the region of the longitudinal axis of the cylinder, two areas with increased pressure of fresh charge expand radially to the outlet windows 5 and in the axial direction to the middle of the cylinder 3 towards another area with a fresh charge. Since the intensity of the supply of fresh charge into the cylinder 3 is quite high due to the increased compression ratio in the sub-piston chambers 10 and 11, the speed of oncoming movement of the areas of increased pressure of the purge charge along the longitudinal axis of the cylinder 3 exceeds their radial speed in the direction of the outlet windows 5. Therefore the cavity 4 is sequentially and completely filled from two opposite sides of the cylinder 3 until a fresh charge begins to exit through the exhaust ports 5 to the exhaust manifolds 11. In this case, the flow of fresh charge yes displaces residual gases from all zones of cavity 4 with minimal expenditure of energy for purging.

В конце наполнения полости 4, при реализации заявленного способа, на значительном удалении от цилиндра 3 выпускные коллекторы 11 перекрывают диском 17 золотника, преграждая путь продуктам сгорания, покинувшим полость 4. При этом давление в перекрытых выпускных коллекторах 11 возрастает, препятствуя движению вышедшему из цилиндра 3 свежего заряда по выпускным коллекторам 11. Более того, давление продуктов сгорания в выпускных коллекторах 11 выдавливает свежий заряд обратно в полость 4.At the end of the filling of the cavity 4, when implementing the inventive method, at a considerable distance from the cylinder 3, the exhaust manifolds 11 are blocked by the valve spool 17, blocking the path of the combustion products leaving the cavity 4. At the same time, the pressure in the blocked exhaust manifolds 11 increases, preventing the movement of the cylinder 3. fresh charge on the exhaust manifolds 11. Moreover, the pressure of the combustion products in the exhaust manifolds 11 squeezes the fresh charge back into the cavity 4.

К этому моменту продувочные окна 6 закрываются обоими поршнями 1 и 2, перешедшими наружную мертвую точку (НМТ). Выпускные окна 5 еще не закрыты поршнями 1 и 2.At this point, the purge windows 6 are closed by both pistons 1 and 2, which have passed the outer dead center (BDC). Outlet ports 5 are not yet covered by pistons 1 and 2.

Свежий заряд может быть направлен из подпоршневых камер 9 и 10 по дополнительным продувочным каналам 15 через обратные клапаны 16 непосредственно в кольцевые части выпускных коллекторов 11. В этом варианте устройства после выпуска продуктов сгорания из полости 4 давление газов в районе выпускных окон 5 понижается еще до прихода поршней 1 и 2 в НМТ. Свежий заряд подается через обратные клапаны 16 в результате значительного перепада давления между полостью 4 и кривошипными камерами 9 и 10. За счет повышенной интенсивности подачи заряда из подпоршневых камер, достигнутой путем увеличения степени сжатия в них, часть свежего заряда попадает в полость 4 через кольцевую часть коллектора 11 и выпускные окна 5. Остальной заряд направляется в выпускной коллектор 11 вслед за продуктами сгорания, покинувшими полость 4 цилиндра 3.Fresh charge can be directed from the piston chambers 9 and 10 through additional purge channels 15 through check valves 16 directly to the annular parts of the exhaust manifolds 11. In this embodiment of the device, after the combustion products are discharged from the cavity 4, the gas pressure in the region of the exhaust windows 5 decreases even before arrival pistons 1 and 2 in the BDC. Fresh charge is supplied through check valves 16 as a result of a significant pressure difference between the cavity 4 and the crank chambers 9 and 10. Due to the increased intensity of charge supply from the piston chambers, achieved by increasing the compression ratio in them, part of the fresh charge enters the cavity 4 through the annular part the collector 11 and the exhaust window 5. The remaining charge is directed to the exhaust manifold 11 after the combustion products that left the cavity 4 of the cylinder 3.

Как и в первом варианте реализации способа газообмена не имеет большого значения способ смесеобразования, так как в полость 4 возвращается практически весь вышедший из цилиндра заряд, будь то воздух или топливовоздушная смесь за счет утилизации энергии продуктов сгорания в обменнике давления.As in the first embodiment of the gas exchange method, the method of mixture formation is not very important, since almost the entire charge leaving the cylinder is returned to the cavity 4, be it air or air-fuel mixture due to the utilization of the energy of the combustion products in the pressure exchanger.

Для увеличения наполнения полости 4 цилиндра за счет увеличения время-сечения подачи заряда через выпускные окна 5 за счет более раннего начала возврата заряда необходимо предотвратить выход свежего заряда из полости 4 через незакрытые еще продувочные окна 6. Для этого в период нагнетания свежего заряда из выпускного коллектора 11 в полость 4 цилиндра повышают давление в районе продувочных окон 6 снаружи цилиндра 3. Варианты реализации импульсного повышения давления в заданный момент могут быть разными, например, с использованием резонаторов Гельмгольца или путем кратковременной подачи порции свежего заряда из аккумулятора.To increase the filling of the cavity 4 of the cylinder by increasing the time-cross-section of the charge supply through the exhaust windows 5 due to the earlier start of the charge return, it is necessary to prevent the fresh charge from leaving the cavity 4 through the still uncleaned purge windows 6. For this, during the discharge of the fresh charge from the exhaust manifold 11 into the cavity 4 of the cylinder increase the pressure in the region of the purge windows 6 outside the cylinder 3. Variants of the pulse pressure increase at a given moment may be different, for example, using a resonator Helmholtz or by briefly supplying a portion of a fresh charge from the battery.

Предпочтительным для заявляемого способа является вариант повышения давления снаружи продувочных окон 6, заключающийся в подаче свежего заряда из выпускного коллектора 11 как в полость 4 через выпускные окна 5, так и к продувочным окнам 6, например, в обе подпоршневые камеры 9 и 10 по перепускным каналам 20 с установленными в них запорными органами 21 (аналогично описанному в первом варианте способу).Preferred for the proposed method is the option of increasing the pressure outside the purge windows 6, which consists in supplying fresh charge from the exhaust manifold 11 both into the cavity 4 through the exhaust windows 5 and to the purge windows 6, for example, into both piston chambers 9 and 10 through the bypass channels 20 with the locking elements 21 installed therein (similar to the method described in the first embodiment).

Таким образом, реализация заявленных вариантов способа организации газообмена в двухтактном двигателе с противоположно движущимися поршнями позволяет:Thus, the implementation of the claimed variants of the method of organizing gas exchange in a two-stroke engine with oppositely moving pistons allows you to:

- повысить удельную мощность и улучшить экономичность двигателя за счет обеспечения синхронного движения поршней. Синхронность движения поршней устраняет проблему затрат мощности на преодоление запаздывающим поршнем давления сгорания при подходе к ВМТ, но, в свою очередь, приводит к симметрии фаз газораспределения при щелевой продувке, увеличивающей количество заряда, выходящего в выпускной коллектор. Однако возврат этого заряда обратно в цилиндр за счет утилизации энергии продуктов сгорания не только предотвращает потери заряда, но и позволяет увеличить наполнение цилиндра за счет его дозарядки;- increase specific power and improve engine efficiency by providing synchronous movement of the pistons. The synchronized movement of the pistons eliminates the problem of power consumption for the delayed piston to overcome the combustion pressure when approaching the TDC, but, in turn, leads to a symmetry of the valve timing during slotted blowing, which increases the amount of charge leaving the exhaust manifold. However, the return of this charge back to the cylinder due to the utilization of the energy of the combustion products not only prevents loss of charge, but also allows to increase the filling of the cylinder due to its recharging;

- повысить надежность и ресурс двигателя путем снижения тепловой напряженности цилиндропоршневой группы и органов выпуска за счет прохождения части холодного свежего заряда через выпускные окна, как выходящего из цилиндра при продувке, так и в обратном направлении при возврате вышедшей из цилиндра части свежего заряда. Кроме того, теплонапряженность цилиндра в районе выпускных окон снижается за счет обеспечения синхронности движения поршней, так как сгорание начинается при положении обоих поршней в районе ВМТ, а в известных двигателях с угловой сдвижкой валов сгорание начинается при положении опережающего поршня за ВМТ.- to increase the reliability and life of the engine by reducing the thermal tension of the cylinder-piston group and exhaust organs by passing part of the cold fresh charge through the exhaust windows, both leaving the cylinder during purging, and in the opposite direction when returning the part of the fresh charge that has left the cylinder. In addition, the heat stress of the cylinder in the region of the exhaust windows is reduced by ensuring the synchronization of piston movement, since combustion begins when both pistons are in the TDC, and in the known engines with angular shaft shift, combustion starts when the leading piston is behind the TDC.

- повысить удельную мощность двигателя за счет возможности осуществления наддува двухтактного двигателя без потерь заряда, а также за счет увеличения время-сечения свободного выпуска и фактического увеличения при этом время-сечения подачи свежего заряда в цилиндр;- to increase the specific power of the engine due to the possibility of boosting the two-stroke engine without loss of charge, as well as by increasing the time-cross section of free release and the actual increase in this time, the cross-section of the fresh charge in the cylinder;

- снизить токсичность продуктов сгорания как вследствие предотвращения прямых потерь топлива и масла, так и за счет снижения расхода масла вследствие снижения тепловой напряженности цилиндропоршневой группы.- reduce the toxicity of combustion products as a result of preventing direct loss of fuel and oil, and by reducing oil consumption due to a decrease in the thermal tension of the cylinder-piston group.

Claims

1. The method of organizing gas exchange in a two-stroke engine with oppositely moving pistons, which consists in the fact that the working cavity of the cylinder between the bottoms of the first and second pistons is freed from the combustion products through the exhaust windows opened by the first piston, with their direction to the atmosphere through the exhaust manifold, with a fresh charge they blow and fill the cylinder cavity through the purge windows, opened by at least a second piston, bypass part of the fresh charge, without interfering with its movement, from the cylinder cavity to the outlet the collector after the combustion products with a fresh charge filling part of the exhaust manifold, then the exhaust manifold section is closed with a spool organ synchronized with the movement of the pistons, blocking the combustion products and thereby increasing the pressure in the exhaust manifold in front of the spool organ along the gas flow from the cylinder cavity, displace the fresh charge received in the exhaust manifold by increased gas pressure in front of the spool device back in the direction of the cylinder and pump t fresh charge from the exhaust manifold blocked by the spool device into the cylinder cavity through open exhaust windows due to the energy of the combustion products, after which the cylinder exhaust windows are closed with the first piston, and the pistons move synchronously in the cylinder or the first piston moves no more than 5 times ahead of the second piston degrees of rotation angle of the shaft driven by the pistons.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cylinder cavity is purged and filled by each piston displacing a fresh charge from the piston chamber.

3. The method according to claim 1, characterized in that during the period of injection of fresh charge from the exhaust manifold into the cylinder cavity, the pressure in the region of the purge windows outside the cylinder is increased, thereby limiting the release of fresh charge from the cylinder cavity through the purge windows.

4. The method according to claim 3, characterized in that the pressure is increased in the region of the purge windows outside the cylinder by supplying a fresh charge displaced from the exhaust manifold to at least one of the piston chambers.

5. The method according to claim 2, characterized in that the fresh charge from the piston chamber of the first piston is directed to the purge windows controlled by the first and / or second pistons.

6. The method according to claim 2, characterized in that the purge windows, controlled by the first piston, are made in the form of a window belt located parallel to the belt of the exhaust windows, with the possibility of their opening by the piston after opening the exhaust windows.

7. The method according to claim 2, characterized in that the exhaust and purge windows controlled by the first piston are located in separate adjacent sectors of the circumference of the inner surface of the cylinder.

8. The method according to claim 2, characterized in that the fresh charge, in addition to its supply to the cylinder cavity through the purge windows, is additionally supplied to the exhaust manifold from the piston chamber of the first piston after the pressure of the fresh charge in the piston chamber exceeds the gas pressure in the exhaust manifold .

9. The method according to claim 8, characterized in that part of the exhaust manifold is made in the form of an annular channel around the belt of the exhaust windows, and a fresh charge is supplied to the specified annular channel through the locking elements.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the fresh charge is supplied to the engine under excessive pressure using a supercharger.

11. The method of organizing gas exchange in a two-stroke engine with oppositely moving pistons, which consists in the fact that the working cavity of the cylinder enclosed between the bottoms of the first and second pistons is freed from the combustion products through exhaust windows opened by the first and second pistons, with their direction into the atmosphere through the exhaust manifold, purge and fill the cylinder cavity through the purge windows opened by the first and second pistons with a fresh charge, bypass part of the fresh charge, without interfering with its movement, from the cavity following the combustion products with fresh charge filling part of the exhaust manifolds, then the cross section of either each exhaust manifold or a common cross-section for both collectors is blocked by at least one spool organ synchronized with the movement of the pistons and blocking the movement of the combustion products and thus increasing the pressure in the exhaust manifolds in front of the spool body in the direction of the gases from the cylinder cavity, displace the fresh charge received in the exhaust manifolds, by increasing the gas pressure in front of the spool device back to the cylinder direction and pump fresh charge from the exhaust manifolds blocked by the spool device into the cylinder cavity through the open exhaust windows due to the energy of the combustion products, then close the exhaust windows of the cylinder with the first and second pistons, and the pistons move synchronously in the cylinder or the first piston moves ahead of the second piston by no more than 5 degrees of the angle of rotation of the shaft driven by the pistons.

12. The method according to claim 11, characterized in that the cylinder cavity is purged and filled by means of each piston displacing a fresh charge from the piston chamber.

13. The method according to claim 11, characterized in that during the period of injection of fresh charge from the exhaust manifolds into the cylinder cavity, the pressure is increased in the region of the purge windows outside the cylinder, thereby limiting the release of fresh charge from the cylinder cavity through the purge windows.

14. The method according to item 13, wherein the pressure is increased in the region of the purge windows outside the cylinder by supplying a fresh charge displaced from the exhaust manifolds additionally to the piston chambers.

15. The method according to claim 11, characterized in that the location and size of the outlet and purge windows controlled by the first piston are identical to the location and size of the outlet and purge windows controlled by the second piston.

16. The method according to claim 11, characterized in that the purge windows are made in the form of a belt of windows located parallel to the belt of the outlet windows, with the possibility of their opening by the piston after opening the outlet windows.

17. The method according to p. 12, characterized in that the fresh charge from the piston chamber is additionally fed to the exhaust manifold after the pressure of the fresh charge compressed in the piston chamber exceeds the pressure of the gases in the exhaust manifold.

18. The method according to 17, characterized in that the part of the exhaust manifold is made in the form of an annular channel around the belt of the exhaust windows, and a fresh charge is fed into the annular channel through the locking elements.

19. The method according to claim 11, characterized in that the fresh charge is supplied to the engine under excessive pressure using a supercharger.