RU2791583C1 - Star-shaped two-stroke internal combustion engine - Google Patents
Star-shaped two-stroke internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791583C1 RU2791583C1 RU2022103190A RU2022103190A RU2791583C1 RU 2791583 C1 RU2791583 C1 RU 2791583C1 RU 2022103190 A RU2022103190 A RU 2022103190A RU 2022103190 A RU2022103190 A RU 2022103190A RU 2791583 C1 RU2791583 C1 RU 2791583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- piston
- cavity
- connecting rods
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к многоцилиндровым двухтактным звездообразным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на стационарных и транспортных агрегатах таких, как аэроглиссеры, суда на воздушной подушке, легкие и сверхлегкие летательные аппараты. The invention relates to mechanical engineering, in particular to multi-cylinder two-stroke radial internal combustion engines, and can be used on stationary and transport units such as airboats, hovercraft, light and ultralight aircraft.
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, выполненный многорядным с расположением цилиндров через разделяющую перегородку один над другим; поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости, которые расположены по одну или по обе стороны перегородки, в рабочем цилиндре выполнены выпускные и впускные окна, при этом последние соединены с источником продувки [Патент РФ №2143077, кл. F 02 В 33/00, заявл. 22.06.98, опубл. 20.12.99, Бюл. №35].Known two-stroke internal combustion engine, made in-line with the arrangement of the cylinders through the dividing wall one above the other; the pistons of the cylinders of the previous row are connected by rods with the pistons of the cylinders of the next row, and the working cylinder is made double with two pistons and a common combustion chamber communicating its two working cavities, which are located on one or both sides of the partition, exhaust and inlet windows are made in the working cylinder, while the latter are connected to a purge source [RF Patent No. 2143077, cl. F 02 B 33/00, Appl. 06/22/98, publ. 12/20/99, Bull. No. 35].
Этот двигатель имеет сложную конструкцию, как следствие низкую надежность и большую металлоемкость.This engine has a complex design, as a result, low reliability and high metal consumption.
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, цилиндр, коленчатый вал, шатун, поршень, головку блока, выхлопной клапан, содержащуюся в головке блока и соединенную с рабочей полостьюKnown two-stroke internal combustion engine containing crankcase, cylinder, crankshaft, connecting rod, piston, block head, exhaust valve contained in the block head and connected to the working cavity
цилиндра перепускным отверстием камеру сгорания, в которой содержится перепускной клапан, впускной клапан, соединенную с камерой сгорания впускным отверстием нагнетательную камеру и соединенный с нагнетательной камерой ротор-нагнетатель воздуха или рабочей смеси [см. патент США N 5333582, МПК F 02 В 19/02, опубл. 1994].cylinder with a bypass opening a combustion chamber, which contains a bypass valve, an inlet valve, an injection chamber connected to the combustion chamber by an inlet opening and a rotor-supercharger of air or a working mixture connected to the injection chamber [see Fig. US patent N 5333582, IPC F 02 B 19/02, publ. 1994].
Недостаток известного двигателя заключается в его массивности, а выход мощности на единицу массы маленький. Громоздкие кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы поглощают значительную энергию, понижая коэффициент полезного действия (КПД).The disadvantage of the known engine is its massiveness, and the power output per unit mass is small. Bulky crank and gas distribution mechanisms absorb significant energy, lowering the coefficient of performance (COP).
Наиболее близким по технической сущности является двухтактный двигатель ВП-760, разработанный В.П. Поляковым [В. Гусев, А. Лепарский. «Отличный мотор ждет работы». АэроМастер, Популярный ежеквартальный альманах №1, 1998, Томск, стр.119-121]. В этом двигателе цилиндры состоят из двух частей - нагнетательной и рабочей, поршни выполнены двухступенчатыми. Двигатель звездообразный. Механизм распределения выполнен в виде золотника, установленного на коленчатом валу, соединенном пальцем кривошипа с главным шатуном одного из цилиндров. А шатуны остальных цилиндров шарнирно соединены с главным шатуном. Рабочая часть цилиндра соединена с ресивером трубками впуска, подающими топливо. Смесительная камера соединяется с нагнетательными частями цилиндров каналами нагнетания. Всасывание топлива в нагнетательную часть цилиндра происходит при совмещении окна золотника с входом в канал нагнетания. Поступление топлива в ресивер, а оттуда в рабочую часть соответствующего цилиндра происходит при совмещении проточки золотника со входом в канал нагнетания и соединительным отверстием в теле смесительной камеры.The closest in technical essence is the two-stroke engine VP-760, developed by V.P. Polyakov [V. Gusev, A. Leparsky. "Great motor waiting to work." AeroMaster, Popular quarterly almanac No. 1, 1998, Tomsk, pp. 119-121]. In this engine, the cylinders consist of two parts - delivery and working, the pistons are made in two stages. Star engine. The distribution mechanism is made in the form of a spool mounted on the crankshaft connected by the crank pin to the main connecting rod of one of the cylinders. And the connecting rods of the remaining cylinders are pivotally connected to the main connecting rod. The working part of the cylinder is connected to the receiver by inlet pipes that supply fuel. The mixing chamber is connected to the injection parts of the cylinders by injection channels. The suction of fuel into the discharge part of the cylinder occurs when the spool window is aligned with the inlet to the injection channel. The flow of fuel into the receiver, and from there into the working part of the corresponding cylinder, occurs when the spool groove is aligned with the inlet to the discharge channel and the connecting hole in the body of the mixing chamber.
Основными недостатками такого двигателя является то, что при такой конструкции нагнетательной системы к каждому рабочему цилиндру добавляется еще нагнетательный цилиндр большего диаметра. Тем самым увеличивается вес поршня, соответственно увеличиваются силы инерции, влияющие на уравновешенность двигателя. Увеличивается количество поршневых колец и соответственно сопротивление движению поршня, так же удлиняются продувочные каналы, вызывая сопротивление продувки цилиндров. Все это приводит к снижению литровой мощности двигателя и сложности изготовления.The main disadvantages of such an engine is that with such a design of the injection system, an injection cylinder of a larger diameter is added to each working cylinder. Thus, the weight of the piston increases, respectively, the inertia forces that affect the balance of the engine increase. The number of piston rings increases and, accordingly, the resistance to piston movement, the scavenging channels are also lengthened, causing resistance to scavenging the cylinders. All this leads to a decrease in liter engine power and manufacturing complexity.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение мощности, упрощение конструкции и уменьшение массы двухтактного многоцилиндрового звездообразного двигателя внутреннего сгорания за счет применения локальной нагнетательной системы для каждого отдельного цилиндра, при которой продувка рабочих полостей, всасывание и нагнетание топливно-воздушной смеси или воздуха в подпоршневых полостях поочередно происходит в цилиндрах отделенных от полости общего картера золотниками шиберного типа, управляемыми главным и прицепными шатунами. На иллюстрациях представлен пятицилиндровый двигатель.The technical result of the invention is to increase the power, simplify the design and reduce the mass of a two-stroke multi-cylinder radial internal combustion engine through the use of a local injection system for each individual cylinder, in which the purge of the working cavities, the suction and injection of the fuel-air mixture or air in the under-piston cavities alternately occur in cylinders separated from the cavity of the common crankcase by gate-type spools controlled by the main and trailer connecting rods. The illustrations show a five-cylinder engine.
Известно, что самой распространенной, легкой, надежной и простой конструкцией системы продувки в двухтактных двигателях является кривошипно-камерная продувка. При такой продувке используется обратная сторона рабочего поршня для всасывания и нагнетания продувочной смеси или воздуха с добавлением масла для смазки коленчатого вала и цилиндропоршневой группы. Но такой способ нагнетания применим только на одноцилиндровых, и двухцилиндровых двигателях с оппозитным расположением цилиндров, общей кривошипной камерой, с поршнями двигающимися в противоположных направлениях и одновременно достигающих верхней мертвой точки (ВМТ), в следствие того что всасывание и нагнетание происходят в камере кривошипа, не отделенной от полостей цилиндров. В других многоцилиндровых двухтактных двигателях, с поочередно достигающими ВМТ поршнями, применяющих кривошипно-камерную продувку, каждый цилиндр или пара оппозитных цилиндров имеют свою отдельную кривошипную камеру.It is known that the most common, lightweight, reliable and simple design of the scavenging system in two-stroke engines is the crank-chamber scavenging. With such a purge, the reverse side of the working piston is used to suck in and pump the purge mixture or air with the addition of oil to lubricate the crankshaft and the cylinder-piston group. But this method of injection is applicable only on single-cylinder and two-cylinder engines with an opposed arrangement of cylinders, a common crank chamber, with pistons moving in opposite directions and simultaneously reaching top dead center (TDC), due to the fact that suction and discharge occur in the crank chamber, not separated from the cylinder cavities. In other multi-cylinder two-stroke engines, with pistons alternately reaching TDC, using crank-chamber scavenging, each cylinder or pair of opposed cylinders has its own separate crank chamber.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в конструкции предлагаемого звездообразного двухтактного двигателя, содержащего картер 6, фиг. 1, коленчатый вал 7, с одним кривошипом, главный шатун 2, прицепные шатуны 5, поршни 4, и цилиндры 1, всасывание, нагнетание и продувка топливно-воздушной смеси или воздуха происходит в каждом цилиндре, отделенном от картера с общей кривошипной камерой плоским шиберным золотником 3. А главный и прицепные шатуны пересекают золотники через приводные отверстия в них. Золотники при этом свободно перемещаются в пазах между картером и цилиндром.The claimed technical result is achieved due to the fact that in the design of the proposed star-shaped two-stroke
Известно, что шатун в кривошипно-шатунном механизме совершает одновременно возвратно-поступательное и угловое знакопеременное движение. Верхняя головка шатуна движется параллельно оси цилиндра, а нижняя головка вращается вместе с кривошипом коленчатого вала вокруг его оси. Соединяющий головки стержень шатуна совершает сложное движение в плоскости совпадающей с осью цилиндра и перпендикулярной оси вращения коленчатого вала.It is known that the connecting rod in the crank mechanism performs simultaneously reciprocating and angular alternating motion. The upper head of the connecting rod moves parallel to the axis of the cylinder, and the lower head rotates along with the crankshaft around its axis. The rod connecting the heads of the connecting rod makes a complex movement in a plane coinciding with the axis of the cylinder and perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft.
В предлагаемой конструкции двигателя плоские золотники пересекаясь со стержнями главного и прицепных шатунов, проходящих через приводное отверстие в золотниках, находятся в скользящем зацеплении со стержнями главного и прицепных шатунов. Соответственно при одновременно плоскопараллельном перемещении и изменении угла наклона, главный и прицепные шатуны двигают золотники своими стержнями. Так как движение главного и прицепных шатунов знакопеременное, золотники совершают возвратно-поступательное движение, синхронизированное с движением поршней. Для реализации процесса всасывания и нагнетания топливно-воздушной смеси или воздуха в подпоршневой полости золотники выполняются асимметричными. Одна сторона золотника, относительно приводного отверстия имеет большую длину, и при наклоне главного и прицепных шатунов соответствующем движению поршня к НМТ (нагнетанию) закрывает полость цилиндра от полости картера. Другая сторона имеет меньшую длину, и при наклоне главного и прицепных шатунов соответствующем движению поршня к ВМТ (всасыванию) образует окно между полостью цилиндра и полостью картера. А в полость картера топливно-воздушная смесь или воздух поступает через впускное окно 8, фиг. 3.In the proposed engine design, flat spools intersecting with the rods of the main and trailer connecting rods passing through the drive hole in the spools are in sliding engagement with the rods of the main and trailer connecting rods. Accordingly, with simultaneous plane-parallel movement and a change in the angle of inclination, the main and trailing connecting rods move the spools with their rods. Since the movement of the main and trailer connecting rods is alternating, the spools perform a reciprocating movement synchronized with the movement of the pistons. To implement the process of suction and injection of the fuel-air mixture or air in the under-piston cavity, the spools are made asymmetrical. One side of the spool, relative to the drive hole, has a large length, and when the main and trailer connecting rods are tilted corresponding to the movement of the piston to BDC (discharge), it closes the cylinder cavity from the crankcase cavity. The other side has a shorter length, and when the main and trailer connecting rods are tilted corresponding to the movement of the piston to TDC (suction), it forms a window between the cylinder cavity and the crankcase cavity. And the fuel-air mixture or air enters the crankcase cavity through the
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают весь объем притязаний данного технического решения, а являются иллюстрирующими материалами частного случая выполнения варианта двигателя с пятью цилиндрами:The invention is illustrated by drawings that do not cover the entire scope of claims of this technical solution, but are illustrative materials of a particular case of a five-cylinder engine variant:
На фиг. 1 двигатель в поперечном разрезе.In FIG. 1 engine in cross section.
На фиг. 2 схема процессов работы двигателя.In FIG. 2 diagram of engine operation processes.
На фиг. 3 Изометрический вид пятицилиндрового двигателя и расположение впускного окна.In FIG. 3 Isometric view of a five-cylinder engine and the location of the intake port.
На фиг. 4 Золотник.In FIG. 4 Spool.
На фиг. 5 Прицепной шатун.In FIG. 5 Connecting rod.
Двигатель работает следующим образом.The engine works as follows.
Поочередно в каждом цилиндре при прохождении поршнем нижней мертвой точки (НМТ) главный и прицепные шатуны изменяя угловое положение в соответствующее такту сжатия, своим стержнем переводят золотник в положение открытого окна между цилиндром и общим для всех цилиндров картером «a» фиг. 2.In turn, in each cylinder, when the piston passes the bottom dead center (BDC), the main and trailer connecting rods, changing the angular position to the corresponding compression stroke, with their rod move the spool to the position of an open window between the cylinder and the crankcase common to all cylinders "a" Fig. 2.
Дальнейшее движение поршня к ВМТ, создает разрежение под поршнем, и топливно-воздушная смесь или воздух всасывается из картера через открытое золотником окно в подпоршневую полость цилиндра «b», (движение смеси показано кривыми стрелками, движение поршней прямыми). В это время в рабочей полости цилиндра поршень двигаясь к ВМТ закрывает выпускное и продувочные окна, происходит сжатие и воспламенение смеси от свечи зажигания «c». При прохождении поршнем ВМТ главный и прицепные шатуны изменяя наклон в противоположную сторону и занимая положение, соответствующее рабочему такту, переводят золотник в положение закрытого окна «d», между цилиндром и картером. Дальнейшее движение поршня к НМТ нагнетает топливно-воздушную смесь или воздух в подпоршневой полости цилиндра между поршнем и золотником «e». В это время в рабочей полости цилиндра поршень совершает полезную работу, перемещаясь до открытия в цилиндре выпускного окна, через которое происходит выход отработавших газов. Затем при открытии продувочных окон сжатая топливно-воздушная смесь или воздух из подпоршневой полости поступает в рабочую полость цилиндра через продувочные каналы «g» происходит продувка. Достигнув поршнем НМТ главный и прицепные шатуны изменяя наклон, снова переводят золотник в положение открытого окна. Цикл повторяется.Further movement of the piston to TDC creates a vacuum under the piston, and the fuel-air mixture or air is sucked from the crankcase through the window opened by the spool into the under-piston cavity of the cylinder "b", (the movement of the mixture is shown by curved arrows, the movement of the pistons is straight). At this time, in the working cavity of the cylinder, the piston moving to the TDC closes the exhaust and purge windows, the mixture is compressed and ignited from the spark plug "c". When the piston passes TDC, the main and trailer connecting rods, changing the inclination in the opposite direction and occupying a position corresponding to the working cycle, transfer the spool to the position of the closed window “d”, between the cylinder and the crankcase. Further movement of the piston to BDC forces the air-fuel mixture or air into the under-piston cavity of the cylinder between the piston and spool "e". At this time, the piston performs useful work in the working cavity of the cylinder, moving until the outlet window opens in the cylinder, through which the exhaust gases exit. Then, when the purge windows are opened, the compressed fuel-air mixture or air from the under-piston cavity enters the working cavity of the cylinder through the purge channels "g" purge occurs. Having reached the BDC piston, the main and trailing connecting rods, changing the inclination, again transfer the spool to the open window position. The cycle is repeated.
Во время работы кривошипно-шатунного механизма при изменении угла наклона стержня главного и прицепных шатунов относительно золотника длинна участка их пересечения изменяется в зависимости от угла наклона. Так, как главный и прицепные шатуны одновременно с наклоном перемещаются, стержень имеет переменное уменьшение сечения «А» фиг. 5, соответствующее положению главного и прицепных шатунов на участке сопряжения. Размер уменьшения сечения «А» равен произведению размера отверстия в золотнике «В» фиг. 4 и косинуса угла наклона главного и прицепных шатунов. Таким образом сводится к минимуму зазор в сопряжении стержня главного и прицепных шатунов и золотника, для герметичности подпоршневой полости.During the operation of the crank mechanism, when the angle of inclination of the rod of the main and trailer connecting rods relative to the spool is changed, the length of the section of their intersection changes depending on the angle of inclination. Since the main and trailing connecting rods move simultaneously with the inclination, the rod has a variable reduction in the section "A" of Fig. 5 corresponding to the position of the main and trailer connecting rods in the mating area. The size of the reduction in the section "A" is equal to the product of the size of the hole in the spool "B" of Fig. 4 and the cosine of the angle of inclination of the main and trailing connecting rods. Thus, the gap in the mating of the rod of the main and trailer connecting rods and the spool is minimized, for the tightness of the under-piston cavity.
Отличительной особенностью от прототипа в предлагаемом двигателе является то, что для реализации процесса всасывания, нагнетания и продувки топливно-воздушной смеси или воздуха, используются основные элементы двигателя – цилиндры, поршни и шатуны. А добавляются только легкие, несложные в изготовлении золотники в виде пластин с отверстием. Изготовленные из легких, но прочных материалов таких, как полиамид, стеклотекстолит, углепластик фиг. 4. Такие золотники имеют несоизмеримо меньшую массу в сравнение с массой элементов металлоемкой и сложной нагнетательной и газораспределительной системы двигателя прототипа. Соответственно снижается масса двигателя. А простота конструкции увеличивает надежность. В предлагаемой конструкции продувочные каналы, соединяющие подпоршневую полость с окнами продувки цилиндра, имеют короткий путь в сравнение с прототипом, а значит меньше сопротивление движению топливно-воздушной смеси, улучшение продувки и наполнения рабочей полости цилиндра и, как следствие повышение мощности двигателя.A distinctive feature of the prototype in the proposed engine is that for the implementation of the process of suction, injection and purge of the fuel-air mixture or air, the main elements of the engine are used - cylinders, pistons and connecting rods. And only light, easy-to-manufacture spools in the form of plates with a hole are added. Made from lightweight but durable materials such as polyamide, fiberglass, carbon fiber Fig. 4. Such spools have a disproportionately lower mass in comparison with the mass of elements of a metal-intensive and complex injection and gas distribution system of the prototype engine. Accordingly, the mass of the engine is reduced. And the simplicity of the design increases reliability. In the proposed design, the purge channels connecting the under-piston cavity with the cylinder purge windows have a short path compared to the prototype, which means less resistance to the movement of the fuel-air mixture, improved purge and filling of the working cavity of the cylinder and, as a result, an increase in engine power.
Существенным техническим решением является, ни где раньше не применявшееся, использование главного и прицепных шатунов с переменным уменьшенным сечением, соответствующим положению на участке сопряжения с приводными отверстиями в золотниках шиберного типа, отделяющих подпоршневую полость цилиндра от картера. Возможность шиберного золотника, приводимого в движение главным и прицепными шатунами реализовать всасывание из общего картера через открытое золотником окно топливно-воздушной смеси или воздуха в подпоршневую полость, нагнетание после закрытия золотником окна и продувкой рабочей полости цилиндра топливно-воздушной смесью или воздухом. Так же достоинством предлагаемого двигателя является возможность использования в нем элементов цилиндропоршневых групп от доступных, серийно выпускаемых двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой.An essential technical solution is, which has not been used anywhere before, the use of main and trailer connecting rods with a variable reduced section corresponding to the position in the area of interfacing with drive holes in slide valves separating the under-piston cavity of the cylinder from the crankcase. Possibility of a gate valve, driven by the main and trailer connecting rods, to implement suction from a common crankcase through a window of a fuel-air mixture or air into the under-piston cavity opened by a spool, injection after closing the window with a valve and purging the working cavity of the cylinder with a fuel-air mixture or air. Another advantage of the proposed engine is the possibility of using elements of cylinder-piston groups in it from available, mass-produced two-stroke engines with crank-chamber scavenging.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791583C1 true RU2791583C1 (en) | 2023-03-10 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL12006C (en) * | ||||
US2215793A (en) * | 1938-11-29 | 1940-09-24 | Mayes Graham | Internal combustion engine |
RU2006624C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-01-30 | Арзамасцев Анатолий Александрович | Two-stroke internal combustion engine |
DE4343491A1 (en) * | 1993-12-20 | 1995-06-22 | Coufal Georg Dipl Ing | Two=stroke engine with fuel=air mixture supercharging |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL12006C (en) * | ||||
US2215793A (en) * | 1938-11-29 | 1940-09-24 | Mayes Graham | Internal combustion engine |
RU2006624C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-01-30 | Арзамасцев Анатолий Александрович | Two-stroke internal combustion engine |
DE4343491A1 (en) * | 1993-12-20 | 1995-06-22 | Coufal Georg Dipl Ing | Two=stroke engine with fuel=air mixture supercharging |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2639699A (en) | Two-cycle engine and improved crankcase induction means therefor | |
US5431130A (en) | Internal combustion engine with stroke specialized cylinders | |
US9512777B2 (en) | Internal combustion engines | |
RU97112092A (en) | TWO STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
US20140196693A1 (en) | Internal combustion engines | |
US3955544A (en) | Internal combustion engine | |
US4715336A (en) | Four-stroke internal combustion piston engine | |
EP0476010B1 (en) | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders | |
US9016256B2 (en) | Concentric cylinder engine | |
RU2791583C1 (en) | Star-shaped two-stroke internal combustion engine | |
EP0767294B1 (en) | Internal combustion engine | |
US11028694B2 (en) | Valve train for opposed-piston four-stroke engine | |
JP2820793B2 (en) | Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinder | |
US20040035377A1 (en) | Two-stroke cycle, free piston, shaft power engine | |
US3968777A (en) | Internal combustion engine | |
US5205246A (en) | Economy engine | |
JPH07305636A (en) | Offset engine | |
RU2520276C1 (en) | Two-stroke piston engine | |
JPH0216324A (en) | Two cycle engine | |
US4566408A (en) | Internal combustion engine | |
JPH01155024A (en) | Internal combustion engine | |
RU2818438C1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with an additional piston | |
US20030226524A1 (en) | Bazmi's six stroke engine | |
US20160177816A1 (en) | Two-stroke engine | |
US20050145207A1 (en) | Single-ended barrel engine with double-ended, double roller pistons |