RU2818438C1 - Two-stroke internal combustion engine with an additional piston - Google Patents
Two-stroke internal combustion engine with an additional piston Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818438C1 RU2818438C1 RU2023104208A RU2023104208A RU2818438C1 RU 2818438 C1 RU2818438 C1 RU 2818438C1 RU 2023104208 A RU2023104208 A RU 2023104208A RU 2023104208 A RU2023104208 A RU 2023104208A RU 2818438 C1 RU2818438 C1 RU 2818438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- plunger
- hydraulic cylinder
- additional
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 28
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 16
- 230000009471 action Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а именно, к двухтактным двигателям с дополнительным поршнем, разделяющим процессы впуска и выпуска. Изобретение может быть использовано как в карбюраторных двигателях, так и в двигателях с впрыском топлива, в том числе - дизельных.The invention relates to two-stroke internal combustion engines (ICE), namely, to two-stroke engines with an additional piston separating the intake and exhaust processes. The invention can be used both in carburetor engines and in engines with fuel injection, including diesel ones.
Известны двигатели внутреннего сгорания, в которых рабочий цикл совершается за два такта, т.е. за один оборот коленчатого вала: первый такт "сжатие" и второй такт "рабочий ход", в конце которого происходит продувка цилиндра сжатым воздухом от нагнетателя или топливовоздушной смесью в бензиновых двигателях с кривошипно-камерной продувкой. (Кузнецов А.В. "Устройство и эксплуатация двигателей внутреннего сгорания", М.: Высшая школа, 1984, стр.10-13).Internal combustion engines are known in which the operating cycle is completed in two strokes, i.e. for one revolution of the crankshaft: the first stroke is “compression” and the second stroke is “power stroke”, at the end of which the cylinder is purged with compressed air from a supercharger or with an air-fuel mixture in gasoline engines with crank-chamber purge. (Kuznetsov A.V. “Design and operation of internal combustion engines”, M.: Higher School, 1984, pp. 10-13).
Известен двухтактный циклический двигатель (патент США F02B 33/04 №4206727 1980 г.), содержащий головку цилиндра с системой вращающихся клапанов для впуска горючей смеси или воздуха, цилиндр с нижним выпускным окном, основной поршень, связанный с коленчатым валом двигателя, выше которого установлен дополнительный поршень с полым штоком, разделяющий смесь и отработанные газы во время очистки и нового наполнения цилиндра, внутри штока которого установлен ещё один дополнительный клапан, имеющий специальный привод, связанный с коленчатым валом двигателя. Привод обеспечивает и ограничивает движение дополнительного поршня между головкой цилиндра и нижним выпускным окном в стенке цилиндра. Для перепуска смеси (свежего заряда) в камеру сгорания, которая образуется в пространстве между поршнями, имеется элемент перепуска в виде перепускного клапана в теле дополнительного поршня. Когда основной поршень подходит к ВМТ, на свечу зажигания подается электрический разряд, топливно-воздушная смесь между поршнями загорается и происходит рабочий ход основного поршня, во время которого дополнительный поршень находится вверху. После открытия выпускного окна основным поршнем давление в цилиндре падает и в это время дополнительный поршень под действием механического привода идет вниз, выталкивает остаточные газы и производит всасывание смеси через впускной клапан.A two-stroke cyclic engine is known (US patent F02B 33/04 No. 4206727 1980), containing a cylinder head with a system of rotating valves for the intake of a combustible mixture or air, a cylinder with a lower outlet window, a main piston connected to the engine crankshaft, above which it is installed an additional piston with a hollow rod that separates the mixture and exhaust gases during cleaning and new filling of the cylinder, inside the rod of which another additional valve is installed, which has a special drive connected to the engine crankshaft. The actuator provides and limits the movement of an additional piston between the cylinder head and the lower outlet port in the cylinder wall. To bypass the mixture (fresh charge) into the combustion chamber, which is formed in the space between the pistons, there is a bypass element in the form of a bypass valve in the body of the additional piston. When the main piston approaches TDC, an electrical discharge is applied to the spark plug, the fuel-air mixture between the pistons ignites and the main piston stroke occurs, during which the additional piston is at the top. After opening the exhaust window with the main piston, the pressure in the cylinder drops and at this time the additional piston, under the action of a mechanical drive, goes down, pushes out the residual gases and sucks the mixture through the intake valve.
Когда основной поршень начинает двигаться вверх и закрывает выпускное окно, дополнительный поршень также движется вверх под действием привода и производит сжатие и перепуск смеси через перепускной клапан в пространство между поршнями, после чего останавливается в верхнем положении. Основной поршень сжимает смесь, которую поджигают с помощью свечи, и цикл повторяется.When the main piston begins to move upward and closes the outlet port, the additional piston also moves upward under the action of the drive and compresses and bypasses the mixture through the bypass valve into the space between the pistons, after which it stops in the upper position. The main piston compresses the mixture, which is ignited with a spark plug, and the cycle repeats.
Недостатками этого двигателя являются: наличие сложного механизма привода дополнительного поршня, содержащего распределительный вал, шестеренные передачи и возвратно-поступательные механизмы; наличие встроенного в полый шток перепускного клапана ещё одного, дополнительного клапана; отсутствие механизма, обеспечивающего алгоритм движения дополнительного поршня; сложная конструкция привода вращающихся клапанов, что затрудняет практическое применение изобретения.The disadvantages of this engine are: the presence of a complex mechanism for driving an additional piston containing a camshaft, gear transmissions and reciprocating mechanisms; the presence of another, additional valve built into the hollow bypass valve stem; lack of a mechanism providing an algorithm for the movement of the additional piston; the complex design of the rotating valve drive, which makes the practical application of the invention difficult.
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с дополнительным поршнем (Двигатель Солдатова) RU 2330970C2 2004 года с подачей свежей топливовоздушной смеси или воздуха через нижнее входное окошко в цилиндре, а выпуск отработанных газов производится через клапан, установленный в головке цилиндра, который открывается штоком с головкой, установленным в основном поршне. Дополнительный поршень приводится в движение вверх давлением воздуха, подаваемого нагнетателем, а вниз- штоком с головкой, установленным в основном поршне. Из описания патента не ясны схема кинематического взаимодействия составных частей газораспределительного механизма и механизм работы гидроамортизаторов, обеспечивающих задержку дополнительного поршня в крайних положениях, особенно, при высоких оборотах, что ставит под сомнение работоспособность подобного двигателя. Также для его работы обязательно нужен нагнетатель, создающий достаточное давление для привода в движение дополнительного поршня вверх, при этом не определены скоростные характеристики движения дополнительного поршня, сам дополнительный поршень и система привода выпускного клапана имеют сложную конструкцию.A two-stroke internal combustion engine with an additional piston (Soldatov Engine) RU 2330970C2 2004 is known with the supply of fresh air-fuel mixture or air through the lower inlet window in the cylinder, and the exhaust gases are released through a valve installed in the cylinder head, which is opened by a rod with a head installed mainly the piston. The additional piston is driven upward by air pressure supplied by the supercharger, and driven downward by a rod with a head installed in the main piston. From the description of the patent, the diagram of the kinematic interaction of the components of the gas distribution mechanism and the mechanism of operation of the hydraulic shock absorbers, which ensure the delay of the additional piston in the extreme positions, especially at high speeds, are not clear, which casts doubt on the performance of such an engine. Also, for its operation, a supercharger is required that creates sufficient pressure to drive the additional piston upward, while the speed characteristics of the movement of the additional piston are not determined; the additional piston itself and the exhaust valve drive system have a complex design.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухтактный ДВС с дополнительным поршнем (патент Японии, кл. 51 A1, (F02b), №47-50522, заявленный 23.02.70г, опубликованный 19.12.72г.), который взят как прототип.The closest to the proposed invention is a two-stroke internal combustion engine with an additional piston (Japanese patent, class 51 A1, (F02b), No. 47-50522, declared 02.23.70, published 12.19.72), which is taken as a prototype.
Данный двигатель имеет над основным поршнем (ОП) дополнительный поршень (ДП), движущийся по определённому закону в результате взаимодействия штока ДП с кулачком, приводимым от коленчатого вала. Поршни движутся в цилиндре, в нижней части стенки которого выполнено выпускное окно, а в головке цилиндра - впускной клапан. В конце рабочего хода ОП открывает выпускное окно и за время, пока ОП идет до НМТ и обратно, выпускное окно открыто; ДП под действием кулачка идет вниз, производит очистку цилиндра и одновременно осуществляет всасывание свежей порции смеси через верхний впускной клапан. Затем ДП под действием кулачка резко перемещается вверх, при этом топливовоздушная смесь (свежий заряд) через обратный клапан, встроенный в теле ДП, перепускается в пространство между поршнями. ОП закрывает выпускное окно и производит сжатие смеси; ДП в это время находится в верхнем крайнем положении. Между поршнями образуется камера сгорания, где смесь поджигается, и далее происходит рабочий ход, во время которого ДП находится в верхнем положении.This engine has an additional piston (DP) above the main piston (OP), which moves according to a certain law as a result of the interaction of the DP rod with the cam driven from the crankshaft. The pistons move in a cylinder, in the lower part of the wall of which there is an exhaust port, and in the cylinder head there is an inlet valve. At the end of the working stroke, the OP opens the outlet window and while the OP goes to BDC and back, the outlet window is open; Under the action of the cam, the DP goes down, cleans the cylinder and at the same time sucks in a fresh portion of the mixture through the upper inlet valve. Then, under the action of the cam, the DP sharply moves upward, while the air-fuel mixture (fresh charge) is passed through a check valve built into the body of the DP into the space between the pistons. The OP closes the outlet window and compresses the mixture; The DP at this time is in the upper extreme position. A combustion chamber is formed between the pistons, where the mixture is ignited, and then a working stroke occurs, during which the DP is in the upper position.
Недостатком известного двигателя, в частности, является наличие кинематически сложного механизма управления дополнительным поршнем и впускным клапаном, приводимым в действие распределительным валом и кулачковыми механизмами, содержащими звёздочки, цепи, толкатели и другие взаимодействующие детали привода, которые требуют наличие сложной системы смазки, и которые, при наличии высоких инерционных нагрузок, становятся ненадёжными.A disadvantage of the known engine, in particular, is the presence of a kinematically complex control mechanism for an additional piston and an intake valve driven by a camshaft and cam mechanisms containing sprockets, chains, pushers and other interacting drive parts that require a complex lubrication system, and which, in the presence of high inertial loads, they become unreliable.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании простого по конструкции, надёжного, ремонтопригодного, технологичного и экологичного, двухтактного ДВС с дополнительным поршнем.The objective of the proposed invention is to create a simple in design, reliable, maintainable, technologically advanced and environmentally friendly, two-stroke internal combustion engine with an additional piston.
Поставленная цель достигается за счет того, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с дополнительным поршнем, включающим, по меньшей мере, один цилиндр с выпускным окном, расположенным в его нижней части, головку цилиндра, в которой встроены впускные обратные (перепускные) клапана, основной поршень с поршневыми кольцами и юбкой, который связан с коленчатым валом двигателя и движется в цилиндре возвратно-поступательно; дополнительный поршень с поршневыми кольцами, с встроенными в его тело обратными (перепускными) клапанами, установленный в цилиндре выше основного поршня, а в его верхней центральной части закреплён шток, проходящий через стенку головки цилиндра с соответствующим уплотнением; камеру сгорания, образованную между основным и дополнительным поршнями, отличающийся тем, что для управления возвратно - поступательным движением дополнительного поршня применена гидравлическая система привода, содержащая полый шток, закреплённый к верхней центральной части дополнительного поршня, который конструктивно является плунжерной парой вместе с полым плунжером, вставленным в шток через его верхнюю часть. На конце штока установлена упорная шайба, в которую упирается пружина сжатия, предпочтительно, коническая, второй конец которой упирается в головку цилиндра. Внешний конец плунжера установлен на головке цилиндра без возможности осевого (аксиального) перемещения, а его внутренняя полость соединена с помощью трубопровода (трубки или шланга высокого давления) с выходным отверстием гидравлического цилиндра, стационарно закреплённого на двигателе. Полости штока, плунжера, трубопровода, гидроцилиндра заполнены рабочей жидкостью. Поршень гидроцилиндра взаимодействует с кулачком заданной конфигурации, установленным на коленчатом валу двигателя или на другом, синхронно вращающемся с ним, валу. Контур кулачка определяет алгоритм движения дополнительного поршня, причём, при заданном полном заходе поршня гидроцилиндра внутрь под воздействием кулачка коленвала, из цилиндра выдавливается в плунжерную пару объём рабочей жидкости строго равный объёму, необходимому для обеспечения перемещения дополнительного поршня от ВМТ до верхнего края выпускного окна. This goal is achieved due to the fact that in a two-stroke internal combustion engine with an additional piston, including at least one cylinder with an exhaust port located in its lower part, a cylinder head in which intake check valves are built in, a main piston with piston rings and a skirt, which is connected to the engine crankshaft and moves reciprocatingly in the cylinder; an additional piston with piston rings, with check valves built into its body, installed in the cylinder above the main piston, and in its upper central part there is a rod passing through the wall of the cylinder head with a corresponding seal; combustion chamber formed between the main and additional pistons, characterized in that to control the reciprocating movement of the additional piston, a hydraulic drive system is used, containing a hollow rod attached to the upper central part of the additional piston, which is structurally a plunger pair together with a hollow plunger inserted into the stem through its upper part. At the end of the rod there is a thrust washer, against which a compression spring rests, preferably a conical one, the second end of which rests against the cylinder head. The outer end of the plunger is mounted on the cylinder head without the possibility of axial (axial) movement, and its internal cavity is connected via a pipeline (tube or high-pressure hose) to the outlet of a hydraulic cylinder permanently mounted on the engine. The cavities of the rod, plunger, pipeline, and hydraulic cylinder are filled with working fluid. The hydraulic cylinder piston interacts with a cam of a given configuration mounted on the engine crankshaft or on another shaft rotating synchronously with it. The contour of the cam determines the algorithm for the movement of the additional piston, and, with a given full entry of the hydraulic cylinder piston under the influence of the crankshaft cam, a volume of working fluid is squeezed out of the cylinder into the plunger pair strictly equal to the volume necessary to ensure the movement of the additional piston from TDC to the upper edge of the exhaust window.
Устройство двигателя поясняется чертежами, представленными ниже на фигурах.The design of the engine is illustrated by the drawings presented in the figures below.
Фиг.1. где: Fig.1. Where:
1. Цилиндр двигателя1. Engine cylinder
2. Основной поршень (ОП)2. Main piston (MP)
3. Дополнительный поршень (ДП)3. Additional piston (AP)
4. Шток дополнительного поршня4. Additional piston rod
5. Полый плунжер5. Hollow plunger
6. Выпускное окно6. Outlet window
7. Окно для свечи или форсунки7. Window for spark plug or nozzle
8. Поршневые кольца8. Piston rings
9. Перепускные клапана головки цилиндров9. Cylinder head bypass valves
10. Перепускные клапана дополнительного поршня10. Additional piston bypass valves
11. Упорная шайба штока.11. Rod thrust washer.
12. Пружина дополнительного поршня12. Additional piston spring
13. Место крепления полого плунжера13. Place of attachment of the hollow plunger
14. Коленчатый вал14. Crankshaft
15. Кулачок коленчатого вала15. Crankshaft cam
16. Гидроцилиндр плунжерного типа16. Plunger type hydraulic cylinder
17. Поршень гидроцилиндра17. Hydraulic cylinder piston
18. Ролик поршня гидроцилиндра18. Hydraulic cylinder piston roller
19. Штуцер канала управления19. Control channel fitting
20. Штуцер плунжера20. Plunger fitting
21. Пружина гидроцилиндра21. Hydraulic cylinder spring
22. Окошко отводного канала гидроцилиндра22. Hydraulic cylinder outlet channel window
23. Штуцер отводного канала гидроцилиндра23. Hydraulic cylinder outlet port
24. Край окошка отводного канала24. Edge of the outlet channel window
25. Пружина перепускного клапана ДП25. DP bypass valve spring
26. Пружина перепускного клапана головки цилиндра26. Cylinder head bypass valve spring
27. Головка цилиндра27. Cylinder head
ВМТ - верхняя мертвая точкаTDC - top dead center
НМТ - нижняя мёртвая точкаBDC - bottom dead center
ТВД - трубка высокого давленияHPT - high pressure tube
РВД - рукав высокого давленияRVD - high pressure hose
На Фиг 2 показан момент достижения ОП верхнего края выпускного окна 6 в конце рабочего хода.Figure 2 shows the moment when the OP reaches the upper edge of the outlet window 6 at the end of the working stroke.
На Фиг. 3 показан момент выдавливания продуктов сгорания дополнительным поршнем через выпускное окно и одновременного всасывания свежего заряда топливовоздушной смеси или воздуха в полость между ДП и головкой цилиндра.In FIG. Figure 3 shows the moment of squeezing out combustion products by an additional piston through the exhaust window and simultaneously sucking a fresh charge of the air-fuel mixture or air into the cavity between the combustion chamber and the cylinder head.
На Фиг. 4 показан момент полной очистки продуктов сгорания из полости между ОП и ДП и конец такта впуска (всасывания) свежей порции топливовоздушной смеси или воздуха.In FIG. Figure 4 shows the moment of complete cleaning of combustion products from the cavity between the OP and the DP and the end of the intake (suction) stroke of a fresh portion of the air-fuel mixture or air.
На Фиг. 5 показан момент перехода топливовоздушной смеси или воздуха из полости между головкой цилиндра и ДП в полость между ДП и ОП.In FIG. Figure 5 shows the moment of transition of the air-fuel mixture or air from the cavity between the cylinder head and the blower into the cavity between the blower and the blower.
На Фиг. 6 показан момент дожимания топливовоздушной смеси ОП-м при нахождении ДП в ВМТ.In FIG. Figure 6 shows the moment of pressing the air-fuel mixture OP-m when the DP is at TDC.
Двигатель работает следующим образом: Смотрите Фиг. 1, где показан момент сжатия горючей смеси, когда основной поршень и дополнительный поршень находятся в ВМТ и камера сгорания образована между ними.The engine operates as follows: See Fig. 1, which shows the moment of compression of the combustible mixture when the main piston and the additional piston are at TDC and the combustion chamber is formed between them.
При воспламенении горючей смеси ОП движется вниз, ДП прижат к головке цилиндра. Перепускные клапаны головки цилиндров 9 и перепускные клапаны 10 ДП закрыты. Происходит рабочий ход. При достижении и переходе верхним краем ОП 2 верхнего края выпускного окна 6 (Фиг.2), отработанные газы устремляются в выхлопной коллектор, давление в полости между ДП и ОП уменьшается, в это время или ещё немного ранее (с опережением) кулачок коленчатого вала 15 начинает толкать поршень 17 гидроцилиндра16, воздействуя на него через ролик 18. Жидкость, выдавленная поршнем гидроцилиндра 17 через трубопровод (трубку или рукав высокого давления (ТВД или РВД)), поступает из канала управления 19 к полому плунжеру 5, верхний конец которого закреплён в месте 13 на головке цилиндра 27 без возможности аксиального перемещения, и выдвигает относительно себя шток дополнительного поршня 4 вместе с ДП 3, как показано на Фиг. 3. В это время перед ДП 3 сохраняется повышенное давление, а в полости между ДП 3 и головкой цилиндра 27 образуется разрежение, вследствие чего перепускные клапаны 10 на ДП 3 остаются закрытыми, а перепускные клапаны 9 на головке цилиндра открываются. За момент времени, пока основной поршень переместится от верхнего края выпускного окна 6 к его нижнему краю (к НМТ) и обратно к верхнему краю выпускного окна 6, ДП 3 достигает верхнего края выпускного окна 6, как показано на Фиг. 4, тем самым полностью выдавливает отработанные газы из полости между поршнями. Время очистки отработанных газов и всасывания свежей топливной смеси или воздуха соответствует времени совершения коленчатым валом поворота на угол от 70 до 90 градусов, что определяется высотой выпускного окна и применяемым опережением начала хода ДП после рабочего хода. Кулачок коленвала 15 в это время освобождает ролик 18 поршня гидроцилиндра 17, пружина дополнительного поршня 12, которая обладает заданной жёсткостью, и которая находится в сжатом состоянии в этот момент, быстро перемещает вверх шток вместе с ДП 3, который, в свою очередь, выдавливает жидкость из плунжера, соединённого трубопроводом с гидроцилиндром. Количеством выдавливаемой жидкости и соответствующим ему ходом ДП 3 управляет контур кулачка 15 коленвала 14, по которому катится ролик поршня гидроцилиндра 18, который установлен на наружном основании поршня гидроцилиндра и прижимается к кулачку 15 коленвала силой давления рабочей жидкости, создаваемой действием пружины 12 дополнительного поршня 3 и пружиной гидроцилиндра 21. При этом давление в полости между ДП и головкой цилиндра 27 повышается, вследствие чего перепускные клапаны 10 ДП 3 открываются, а перепускные клапаны 9 головки цилиндра 27 под действием пружин 26 закрываются, как показано на Фиг. 5. Топливная смесь или воздух из полости между головкой цилиндра и ДП постепенно поступает в полость между ДП 3 и ОП 2, а при достижении ДП 3 ВМТ, как показано на Фиг. 6, полностью переходит в полость между ДП 3 и ОП 2, а перепускные клапаны 10 ДП 3 под действием пружин перепускных клапанов 25 закрываются. Контур кулачка коленвала не допускает удара ДП 3 об головку цилиндра 27 в конце его хода, т.к. несжимаемая рабочая жидкость из плунжера 5 выдавливается строго по программе, задаваемой контуром кулачка 15 коленвала 14. Двигаясь к ВМТ ОП 2 дожимает топливную смесь, после чего происходит ее воспламенение в камере сгорания, образовавшейся между ОП и ДП от искры или впрыска топлива через окно 7. Дальше все процессы повторяются.When the combustible mixture is ignited, the OP moves downwards, the DP is pressed against the cylinder head. The cylinder head bypass valves 9 and the DP bypass valves 10 are closed. A working process is taking place. When the upper edge of the OP 2 reaches and passes the upper edge of the exhaust window 6 (Fig. 2), the exhaust gases rush into the exhaust manifold, the pressure in the cavity between the DP and the OP decreases, at this time or even a little earlier (advanced) the crankshaft cam 15 begins to push the piston 17 of the hydraulic cylinder 16, acting on it through the roller 18. The liquid squeezed out by the piston of the hydraulic cylinder 17 through the pipeline (tube or high-pressure hose (HPT or HPR)) comes from the control channel 19 to the hollow plunger 5, the upper end of which is fixed in place 13 on the cylinder head 27 without the possibility of axial movement, and extends the rod of the additional piston 4 relative to itself along with the DP 3, as shown in FIG. 3. At this time, an increased pressure remains in front of the DP 3, and a vacuum is formed in the cavity between the DP 3 and the cylinder head 27, as a result of which the bypass valves 10 on the DP 3 remain closed, and the bypass valves 9 on the cylinder head open. During the instant in which the main piston moves from the upper edge of the outlet window 6 to its lower edge (towards BDC) and back to the upper edge of the outlet window 6, the DP 3 reaches the upper edge of the outlet window 6, as shown in FIG. 4, thereby completely pushing out the exhaust gases from the cavity between the pistons. The time for cleaning exhaust gases and sucking in fresh fuel mixture or air corresponds to the time the crankshaft rotates through an angle from 70 to 90 degrees, which is determined by the height of the exhaust window and the applied advance of the start of the DP stroke after the working stroke. At this time, the crankshaft cam 15 releases the roller 18 of the piston of the hydraulic cylinder 17, the spring of the additional piston 12, which has a given rigidity, and which is in a compressed state at this moment, quickly moves the rod up along with the DP 3, which, in turn, squeezes out the liquid from a plunger connected by a pipeline to a hydraulic cylinder. The amount of liquid squeezed out and the corresponding stroke of the DP 3 is controlled by the contour of the cam 15 of the crankshaft 14, along which the roller of the piston of the hydraulic cylinder 18 rolls, which is installed on the outer base of the hydraulic cylinder piston and is pressed against the cam 15 of the crankshaft by the pressure force of the working fluid created by the action of the spring 12 of the additional piston 3 and the spring of the hydraulic cylinder 21. In this case, the pressure in the cavity between the DP and the cylinder head 27 increases, as a result of which the bypass valves 10 of the DP 3 open, and the bypass valves 9 of the cylinder head 27 are closed under the action of the springs 26, as shown in Fig. 5. The fuel mixture or air from the cavity between the cylinder head and the DP gradually enters the cavity between DP 3 and OP 2, and when DP 3 reaches TDC, as shown in Fig. 6, completely passes into the cavity between DP 3 and OP 2, and the bypass valves 10 of DP 3 are closed under the action of the springs of the bypass valves 25. The contour of the crankshaft cam prevents DP 3 from hitting the cylinder head 27 at the end of its stroke, because the incompressible working fluid from plunger 5 is squeezed out strictly according to the program specified by the contour of cam 15 of crankshaft 14. Moving to TDC, OP 2 pressurizes the fuel mixture, after which it ignites in the combustion chamber formed between OP and DP from a spark or fuel injection through window 7. Then all processes are repeated.
В стенке гидроцилиндра, в месте нахождения дна поршня гидроцилиндра при его конечном выходе из гидроцилиндра под воздействием рабочей жидкости, выжимаемой из плунжера, находится край 24 окошка отводного канала 22, соединенного с расширительным баком (не показан) через штуцер отводного канала 23. Между внутренним основанием поршня 17 гидроцилиндра и дном гидроцилиндра 16 установлена пружина 21, выталкивающая поршень 17 из гидроцилиндра 16. Под внутренним основанием поршня гидроцилиндра нужно понимать основание поршня гидроцилиндра, находящееся внутри гидроцилиндра, а на внешнем основании установлен ролик, который катится по поверхности кулачка 15 коленвала 14. Объем гидроцилиндра, заключённый между краем 24 окошка отводного канала 22 и местом гидроцилиндра, куда доходит поверхность внутреннего основания поршня гидроцилиндра при полном выдавливании поршня кулачком 15 коленвала 14, точно равняется объёму полости штока от его дна до внутреннего конца плунжера 5 при полном выдвижении штока, что соответствует положению ДП, когда он достигает края выпускного окна 6. После достижения ДП ВМТ, контур кулачка коленвала позволяет поршню гидроцилиндра выдвинуться ещё на 2-3 мм под действием внутренней пружины гидроцилиндра 21 при уже открытом окошке 22 отводного канала. Увеличивщийся при этом объём гидроцилиндра занимает рабочая жидкость, поступающая из расширительного бака. При обратном ходе поршня 17, пока дно поршня гидроцилиндра снова не достигнет края 24 окошка отводного канала 22, излишняя рабочая жидкость через него поступит в расширительный бак прежде, чем начнёт выдавливаться поршнем гидроцилиндра 17 в плунжер через трубопровод. Таким образом, при каждом ходе поршня гидроцилиндра будут восполняться возможные утечки рабочей жидкости в плунжерной паре и гидроцилиндре при их износе в результате длительной эксплуатации, а выдавливаемый объём рабочей жидкости будет всегда постоянным.In the wall of the hydraulic cylinder, at the location of the bottom of the hydraulic cylinder piston at its final exit from the hydraulic cylinder under the influence of the working fluid squeezed out of the plunger, there is the edge 24 of the window of the outlet channel 22, connected to the expansion tank (not shown) through the fitting of the outlet channel 23. Between the inner base piston 17 of the hydraulic cylinder and the bottom of the hydraulic cylinder 16 has a spring 21 installed, pushing the piston 17 out of the hydraulic cylinder 16. By the inner base of the hydraulic cylinder piston we need to understand the base of the hydraulic cylinder piston located inside the hydraulic cylinder, and on the outer base there is a roller that rolls along the surface of the cam 15 of the crankshaft 14. Volume hydraulic cylinder, enclosed between the edge 24 of the window of the outlet channel 22 and the place of the hydraulic cylinder, where the surface of the inner base of the hydraulic cylinder piston reaches when the piston is fully extruded by the cam 15 of the crankshaft 14, is exactly equal to the volume of the rod cavity from its bottom to the inner end of the plunger 5 when the rod is fully extended, which corresponds to position of the DP when it reaches the edge of the outlet window 6. After reaching the DP TDC, the contour of the crankshaft cam allows the hydraulic cylinder piston to extend another 2-3 mm under the action of the internal spring of the hydraulic cylinder 21 with the outlet channel window 22 already open. The increased volume of the hydraulic cylinder is occupied by the working fluid coming from the expansion tank. During the reverse stroke of the piston 17, until the bottom of the hydraulic cylinder piston again reaches the edge 24 of the window of the outlet channel 22, the excess working fluid will flow through it into the expansion tank before it begins to be squeezed out by the piston of the hydraulic cylinder 17 into the plunger through the pipeline. Thus, with each stroke of the hydraulic cylinder piston, possible leaks of working fluid in the plunger pair and hydraulic cylinder will be replenished when they are worn out as a result of long-term operation, and the squeezed-out volume of working fluid will always be constant.
Охлаждение дополнительного поршня происходит за счёт обтекания его потоками холодной топливно-воздушной смеси или воздуха, проходящих через каналы перепускных клапанов, а основного поршня - за счёт масла, разбрызгиваемого на поршень через специальные распылители, соединённые с масляным насосом двигателя или отдельным масленым насосом.Cooling of the additional piston occurs due to the flow of cold fuel-air mixture or air flowing around it, passing through the channels of the bypass valves, and the main piston - due to oil sprayed onto the piston through special nozzles connected to the engine oil pump or a separate oil pump.
Один кулачок коленвала может управлять несколькими цилиндрами (множеством цилиндров) в многоцилиндровом двигателе, где гидроцилиндры могут быть размещены вокруг кулачка коленвала под необходимыми углами.A single crankshaft cam can control multiple cylinders (multiple cylinders) in a multi-cylinder engine, where hydraulic cylinders can be placed around the crankshaft cam at desired angles.
Также может быть применена крейцкопфная система привода поршней гидроцилиндра для исключения угловых усилий на стенки гидравлического цилиндра. Гидроцилиндры могут быть как поршневого типа, так и плунжерного типа.A crosshead system for driving hydraulic cylinder pistons can also be used to eliminate angular forces on the walls of the hydraulic cylinder. Hydraulic cylinders can be either piston type or plunger type.
В таком двигателе может быть применён наддув, что повысит его мощность и экономичность.Such an engine can be supercharged, which will increase its power and efficiency.
В данном двигателе может быть применена такая же система смазки, какая традиционно используется в четырёхтактных двигателях, что повысит его ресурс.This engine can use the same lubrication system as is traditionally used in four-stroke engines, which will increase its service life.
Если сравнить время открытого состояния выпускного клапана четырёхтактного двигателя ЯМЗ 238, который считается наиболее удачным дизельным двигателем отечественного производства, исходя из его диаграммы фаз газораспределения, в течение которого продукты сгорания топлива перестают действовать на поршень двигателя, то оно соответствует 266-272,5 градусам из 720 градусов, соответствующих двум оборотам коленвала, т.е. 37% от времени совершения двух оборотов коленвала. Учитывая то, что ход поршня указанного двигателя равен 140 мм., в случае перевода такого двигателя в двухтактный режим, при высоте выпускного окна 10 мм., время прохождения краем ОП этого расстояния туда и обратно соответствует повороту коленвала на 76 градусов из 360 градусов, что составляет 21% от времени совершения одного оборота, т.е. почти в 2 раза меньше, чем у такого же 4-тактного, что продлевает время воздействия газов с высоким давлением после взрыва топливной смеси на ОП, соответственно, увеличивается удельная мощность, отнесённая к количеству сгораемого топлива и, следовательно, мощность и экономичность двигателя.If we compare the open time of the exhaust valve of the four-stroke YaMZ 238 engine, which is considered the most successful diesel engine of domestic production, based on its valve timing diagram, during which the fuel combustion products cease to act on the engine piston, then it corresponds to 266-272.5 degrees from 720 degrees, corresponding to two revolutions of the crankshaft, i.e. 37% of the time it takes to complete two crankshaft revolutions. Considering that the piston stroke of the specified engine is 140 mm, in the case of transferring such an engine to two-stroke mode, with a height of the exhaust window of 10 mm, the time it takes for the edge of the OP to travel this distance back and forth corresponds to a rotation of the crankshaft by 76 degrees out of 360 degrees, which is 21% of the time it takes to complete one revolution, i.e. almost 2 times less than that of the same 4-stroke, which prolongs the time of exposure to high-pressure gases after the explosion of the fuel mixture at the OP; accordingly, the specific power related to the amount of fuel burned and, consequently, the power and efficiency of the engine increases.
У данного 4-тактного двигателя угол одновременно открытого состояния впускного и выпускного клапанов составляет 40 градусов, что даёт возможность смешиваться продуктам сгорания со свежим зарядом топливной смеси или воздуха и ухудшает качество горючей смеси, полноту её сгорания, соответственно, уменьшает мощность и экономичность, понижает экологический класс двигателя.This 4-stroke engine has a simultaneously open angle of the intake and exhaust valves of 40 degrees, which makes it possible for combustion products to mix with a fresh charge of the fuel mixture or air and deteriorates the quality of the combustible mixture, the completeness of its combustion, respectively, reduces power and efficiency, and reduces environmental engine class.
В предлагаемом двигателе практически полностью исключена возможность смешивания свежей смеси с продуктами сгорания предыдущего такта, что повышает мощность двигателя из-за полноты сгорания горючей смеси.In the proposed engine, the possibility of mixing fresh mixture with combustion products of the previous stroke is almost completely eliminated, which increases engine power due to the completeness of combustion of the combustible mixture.
Отсутствие в предлагаемом двухтактном двигателе в сравнении с прототипом управляемых впускных клапанов, распределительного вала, шестерён, цепей, толкателей, коромысел упрощает конструкцию двигателя, увеличивает ресурс, надёжность и улучшает его ремонтопригодность.The absence of controlled intake valves, a camshaft, gears, chains, pushers, and rocker arms in the proposed two-stroke engine in comparison with the prototype simplifies the engine design, increases service life, reliability and improves its maintainability.
Сохранение системы смазки такой же, как у четырёхтактных двигателей, повышает его ресурс по отношению к существующим двухтактным двигателям.Keeping the lubrication system the same as for four-stroke engines increases its service life in relation to existing two-stroke engines.
Такие двигатели могут быть использованы для установки на любых видах транспорта и силовых установок. Использование таких двухтактных двигателей особенно целесообразно на крупногабаритном морском транспорте, на быстроходных военных кораблях, где используются многотонные крупногабаритные малооборотистые четырёхтактные дизельные двигатели, а также на воздушном винтомоторном транспорте.Such engines can be used for installation on any type of transport and power plants. The use of such two-stroke engines is especially advisable on large-sized maritime transport, on high-speed military ships, where multi-ton, large-sized, low-speed four-stroke diesel engines are used, as well as on aircraft propeller-driven transport.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2818438C1 true RU2818438C1 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR487143A (en) * | 1916-10-26 | 1918-06-05 | Winfred Matthewman | Improvements made and relating to the construction of internal combustion engines |
GB368525A (en) * | 1931-03-16 | 1932-03-10 | Vilhelm Mickelsen | Improvements in or relating to two-stroke internal combustion engines |
FR2272267A1 (en) * | 1974-05-21 | 1975-12-19 | Rayne Andre | Controlled cam method of increasing power output of engines - uses secondary piston to increase torque at instant of explosion |
RU2042846C1 (en) * | 1991-04-22 | 1995-08-27 | Мелитопольский моторный завод | Internal combustion engine |
RU2330970C2 (en) * | 2004-10-13 | 2008-08-10 | Борис Владимирович Солдатов | Two-stroke internal combustion engine with additional piston (soldatov's engine) |
RU2441996C1 (en) * | 2010-06-08 | 2012-02-10 | Валентин Георгиевич Черепашкин | Internal combustion engine |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR487143A (en) * | 1916-10-26 | 1918-06-05 | Winfred Matthewman | Improvements made and relating to the construction of internal combustion engines |
GB368525A (en) * | 1931-03-16 | 1932-03-10 | Vilhelm Mickelsen | Improvements in or relating to two-stroke internal combustion engines |
FR2272267A1 (en) * | 1974-05-21 | 1975-12-19 | Rayne Andre | Controlled cam method of increasing power output of engines - uses secondary piston to increase torque at instant of explosion |
RU2042846C1 (en) * | 1991-04-22 | 1995-08-27 | Мелитопольский моторный завод | Internal combustion engine |
RU2330970C2 (en) * | 2004-10-13 | 2008-08-10 | Борис Владимирович Солдатов | Two-stroke internal combustion engine with additional piston (soldatov's engine) |
RU2441996C1 (en) * | 2010-06-08 | 2012-02-10 | Валентин Георгиевич Черепашкин | Internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1819912B1 (en) | Reciprocating machine | |
US5146884A (en) | Engine with an offset crankshaft | |
JP2012503741A (en) | Internal combustion engine with dual chamber cylinder | |
US6286467B1 (en) | Two stroke engine conversion | |
US5970924A (en) | Arc-piston engine | |
CN102575570B (en) | Two-stroke engine | |
US4399778A (en) | Two cycle internal combustion engine | |
CN1437678A (en) | Internal combustion engines | |
RU2818438C1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with an additional piston | |
US6021746A (en) | arc-piston engine | |
RU2316658C1 (en) | Diesel engine | |
US20040035377A1 (en) | Two-stroke cycle, free piston, shaft power engine | |
JPH09209725A (en) | Internal combustion engine | |
JPH05502707A (en) | Reciprocating engine with pump cylinder and power cylinder | |
US3968777A (en) | Internal combustion engine | |
RU2397340C2 (en) | Two-stroke ice | |
JPH07305636A (en) | Offset engine | |
WO1987005073A1 (en) | Supercharged two-stroke engine | |
RU2737461C1 (en) | Dual-action internal combustion engine | |
JPH0216324A (en) | Two cycle engine | |
RU218636U1 (en) | Four-stroke gasoline engine with prechamber flame ignition and prechamber piston | |
RU2231657C2 (en) | Two-stroke internal combustion engine | |
RU2800634C1 (en) | Turbine piston internal combustion engine | |
US10253680B2 (en) | Internal combustion engine having fuel/air induction system | |
RU180758U1 (en) | 2-STROKE DIESEL ENGINE |