WO2014158047A1 - Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine - Google Patents

Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine Download PDF

Info

Publication number
WO2014158047A1
WO2014158047A1 PCT/RU2013/000252 RU2013000252W WO2014158047A1 WO 2014158047 A1 WO2014158047 A1 WO 2014158047A1 RU 2013000252 W RU2013000252 W RU 2013000252W WO 2014158047 A1 WO2014158047 A1 WO 2014158047A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fresh charge
purge
exhaust manifold
cylinder
piston
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000252
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич ЗАХАРОВ
Original Assignee
Zakharov Evgeny Nikolaevich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zakharov Evgeny Nikolaevich filed Critical Zakharov Evgeny Nikolaevich
Priority to PCT/RU2013/000252 priority Critical patent/WO2014158047A1/en
Publication of WO2014158047A1 publication Critical patent/WO2014158047A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/20Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B27/00Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/04Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases
    • F02B27/06Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases the systems having variable, i.e. adjustable, cross-sectional areas, chambers of variable volume, or like variable means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/06After-charging, i.e. supplementary charging after scavenging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/04Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with simple crankcase pumps, i.e. with the rear face of a non-stepped working piston acting as sole pumping member in co-operation with the crankcase
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

The essence of the invention consists in using a fresh charge to purge and fill a cylinder cavity by means of scavenging ports which are opened by a piston, and in a portion of the fresh charge being allowed to pass through, unobstructed, from the cylinder cavity into an exhaust manifold, following products of combustion and filling a portion of the exhaust manifold with the fresh charge. Then, the cross-section of the exhaust manifold is covered by a spool body, thus blocking the motion of the products of combustion, and increased gas pressure is used to force the fresh charge, which entered the exhaust manifold, back in the direction of the cylinder. In this way the fresh charge is compressed from the exhaust manifold into the cylinder cavity via open scavenging ports by means of energy from the products of combustion. In addition, in the period preceding the scavenging ports being closed by the piston, at least before the moment when the scavenging ports are closed by the piston, the pressure near the scavenging ports outside of the cylinder is temporarily increased, thus limiting the release of fresh charge from the cylinder cavity. The technical result consists in increasing the turbocharging effect by means of returning the fresh charge which exited the cylinder during purging.

Description

Способ организации газообмена  The method of organizing gas exchange
в двухтактном двигателе.  in a two-stroke engine.
Область техники Technical field
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to the field of mechanical engineering, namely, to two-stroke internal combustion engines.
Предшествующий уровень техники State of the art
Известен способ организации газообмена в двухтактном двигателе путем освобождения полости цилиндра от продуктов сгорания через выпускные органы газораспределения, выпуска их в атмосферу через выпускной коллектор с образованием волны давления, направленной в сторону цилиндра, для создания сопротивления движению подаваемого в полость цилиндра свежего заряда и уменьшения за счет этого прямого выброса свежего заряда в атмосферу (GB 2321498 А опуб., 29.07.1998). A known method of organizing gas exchange in a two-stroke engine by releasing the cylinder cavity from the combustion products through exhaust gas distribution bodies, releasing them into the atmosphere through the exhaust manifold with the formation of a pressure wave directed towards the cylinder, to create resistance to the movement of the fresh charge supplied to the cylinder cavity and reduce due to this direct release of fresh charge into the atmosphere (GB 2321498 A publ., 07.29.1998).
Недостатками известного способа являются малая эффективность возврата заряда в цилиндр, так как звуковая волна не имеет возможности изменить направление движения газов, движущихся в выпускном коллекторе. Кроме того, создание постоянного сопротивления движению газов в выпускном коллекторе препятствует как очистке цилиндра, так и вытеснению свежим зарядом продуктов сгорания из полости цилиндра и не позволяет в достаточной степени наполнить цилиндр двухтактного двигателя.  The disadvantages of this method are the low efficiency of the charge return to the cylinder, since the sound wave does not have the ability to change the direction of motion of the gases moving in the exhaust manifold. In addition, the creation of a constant resistance to the movement of gases in the exhaust manifold prevents both the cleaning of the cylinder and the displacement of fresh combustion products from the cylinder cavity and does not allow the cylinder of the two-stroke engine to be sufficiently filled.
Известен способ работы двухтактного двигателя путем освобождения полости цилиндра от продуктов сгорания через выпускные органы газораспределения, выпуска их в атмосферу через выпускной коллектор с перекрытием проходного сечения выпускных каналов с целью предотвращения прямого выброса свежего заряда в атмосферу (см. заявку США 2003/0230258, опуб. 18.12.2003).  There is a method of operating a two-stroke engine by releasing the cylinder cavity from the combustion products through exhaust gas distribution bodies, releasing them into the atmosphere through the exhaust manifold with overlapping the passage section of the exhaust channels in order to prevent direct release of fresh charge into the atmosphere (see application US 2003/0230258, publ. 12/18/2003).
Эффективность данного способа выше, чем способа с волновым выпуском, однако увеличивается и сопротивление движению продуктов сгорания, так как золотник на большинстве режимов работы двигателя постоянно дросселирует сечение выпускного коллектора. Кроме того, появляются проблемы с термостойкостью золотникового органа, расположенного рядом с выпускными окнами, и уплотнением его привода. Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ организации газообмена в двухтактном двигателе, заключающийся в том, что рабочую полость цилиндра освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра через продувочные окна, открываемые 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 поршня, 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 продувочные и выпускные окна поршнем в начале такта сжатия (см. WO 2010/044703 А2, опуб., 22.04.2010). The effectiveness of this method is higher than the method with wave release, however, the resistance to the movement of combustion products also increases, since the spool on most engine operating modes constantly throttles the section of the exhaust manifold. In addition, there are problems with the heat resistance of the spool body located next to the outlet windows, and the sealing of its drive. The closest technical solution to the claimed is a method of organizing gas exchange in a two-stroke engine, which consists in the fact that the working cavity of the cylinder is freed from the combustion products through the exhaust windows opened by the piston, with their direction into the atmosphere through the exhaust manifold, purged and filled with a fresh charge through the cylinder cavity through the purge windows opened by the piston bypass part of the fresh charge, without interfering with its movement, from the cylinder cavity to the exhaust manifold after the combustion products by applying fresh charge to the parts of the exhaust manifold, then the section of the exhaust manifold is closed with a spool body synchronized with the movement of the piston, blocking the movement of combustion products and thereby increasing the pressure in the exhaust manifold in front of the spool as the gases move from the cylinder cavity, the fresh charge entering the exhaust the collector, by increased gas pressure in front of the spool device, back in the direction of the cylinder and pump a fresh charge from the blocked spool device by means of the exhaust manifold into the cylinder cavity through the open exhaust windows due to the energy of the combustion products, after which the purge and exhaust windows are closed with a piston at the beginning of the compression stroke (see WO 2010/044703 A2, publ. 04/22/2010).
Недостатком известного способа является малый промежуток времени, в течение которого возможно заполнение полости цилиндра через выпускные окна именно с целью наддува, а именно, после закрытия продувочных окон, что предотвращает в этом случае выход свежего заряда из цилиндра обратно через продувочные окна.  The disadvantage of this method is the short period of time during which it is possible to fill the cavity of the cylinder through the outlet windows with the purpose of boosting, namely, after closing the purge windows, which prevents in this case the fresh charge from the cylinder coming back through the purge windows.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение удельной мощности двухтактного двигателя за счет повышения степени наддува путем возврата свежего заряда, вышедшего из цилиндра при продувке, что позволяет осуществлять как дозарядку, так и наддув двухтактного двигателя без потерь заряда. The technical result of the claimed invention is to increase the specific power of a two-stroke engine by increasing the degree of boost by returning fresh charge left the cylinder during blowing, which allows both recharging and boost of a two-stroke engine without loss of charge.
Поставленная задача достигается путем реализации способа организации газообмена в двухтактном двигателе, заключающегося в том, что полость цилиндра освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра через продувочные окна, открываемые 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 поршня, 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 продувочные и выпускные окна поршнем в начале такта сжатия, причем в период перед закрытием поршнем продувочных окон временно, по крайней мере, до момента закрытия поршнем продувочных окон, повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра, ограничивая таким образом выпуск свежего заряда из полости цилиндра. The problem is achieved by implementing a method of organizing gas exchange in a two-stroke engine, which consists in the fact that the cylinder cavity is freed from the combustion products through exhaust windows opened by the piston, with their direction into the atmosphere through the exhaust manifold, purged and filled with a fresh charge through the cylinder cavity, opened by the piston, bypass part of the fresh charge, without obstructing its movement, from the cylinder cavity into the exhaust manifold after the combustion products with fresh filling near parts of the exhaust manifold, then the section of the exhaust manifold is blocked with a spool organ, synchronized with the movement of the piston, blocking the movement of the combustion products and thus increasing the pressure in the exhaust manifold in front of the spool body along the gas flow from the cylinder cavity, displace the fresh charge entering the exhaust manifold with increased gas pressure in front of the spool device back in the direction of the cylinder and pump 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, after which they close the purge and exhaust windows with a piston at the beginning of the compression stroke, and in the period before the piston closes the purge windows, temporarily, at least until the piston closes the purge windows, increase the pressure in the region of the purge windows outside the cylinder, thereby limiting the release of fresh charge from the cylinder cavity .
Поставленная задача достигается также тем, что могут осуществлять продувку путем подачи свежего заряда в полость цилиндра из подпоршневой камеры переменного объема, сообщенной с продувочными окнами посредством продувочных каналов, при этом повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра путем подачи нагнетаемого из выпускного коллектора свежего заряда дополнительно в подпоршневую камеру, сообщенную с выпускным коллектором посредством канала с установленным в нем запорным органом, либо могут осуществлять продувку путем подачи свежего заряда в полость цилиндра через продувочные окна из продувочной камеры постоянного объема, сообщенной с нагнетателем при помощи впускного канала с установленным в нем запорным органом, при этом повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра путем подачи нагнетаемого из выпускного коллектора свежего заряда дополнительно в продувочную камеру.  The task is also achieved by the fact that they can purge by supplying a fresh charge to the cylinder cavity from a variable piston piston chamber in communication with the purge windows by means of purge channels, while increasing the pressure in the region of the purge windows outside the cylinder by supplying an additional charge charged from the exhaust manifold into the sub-piston chamber in communication with the exhaust manifold by means of a channel with a locking body installed in it, or they can purge the path supplying fresh charge to the cylinder cavity through purge windows from a constant-volume purge chamber communicated with the supercharger by means of an inlet channel with a shut-off element installed in it, while increasing the pressure in the region of purge windows outside the cylinder by supplying an additional charge to the purge from the exhaust manifold the camera.
Краткое описание чертежей Изобретение поясняется при помощи чертежей. Brief Description of the Drawings The invention is illustrated by means of the drawings.
На фиг. 1 показан вариант двигателя с подпоршневой продувкой, в котором реализуется заявленный способ;  In FIG. 1 shows a variant of a piston-blowing engine in which the inventive method is implemented;
На фиг. 2 - то же, вариант двигателя с продувкой, осуществляемой при помощи нагнетателя;  In FIG. 2 - the same, a variant of the engine with a purge carried out using a supercharger;
На фиг. 3-6 показана последовательность операций газообмена в варианте двигателя, показанного на фиг. 1 , при этом на фиг. 3 - момент открытия поршнем выпускных окон и начало свободного выпуска продуктов сгорания;  In FIG. 3-6 show a gas exchange flowchart in an embodiment of the engine shown in FIG. 1, wherein in FIG. 3 - the moment the piston opens the exhaust windows and the beginning of the free release of combustion products;
На фиг. 4 - конец свободного выпуска и начало продувки полости цилиндра через открываемые поршнем продувочные окна; На фиг. 5 - перекрытие золотником выпускного коллектора и начало обратного движения части продуктов сгорания в сторону полости цилиндра; In FIG. 4 - the end of the free release and the beginning of the purge of the cylinder cavity through the purge windows opened by the piston; In FIG. 5 - overlapping by the spool of the exhaust manifold and the beginning of the reverse movement of part of the combustion products towards the cylinder cavity;
На фиг. 6 - возврат выпущенного из цилиндра свежего заряда перед закрытием поршнем продувочных и выпускных окон.  In FIG. 6 - return of the fresh charge released from the cylinder before the piston closes the purge and exhaust windows.
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Заявленный способ реализуется в двигателе, содержащем поршень 1, установленный в цилиндре 2 с образованием рабочей полости 3. Поршень 1 управляет открытием и закрытием выпускных окон 4 и продувочных окон 5. Поршень 1 связан с приводным валом (на чертежах не показан) при помощи шатуна или штока 6. Поршень 1 может быть установлен с образованием подпоршневой камеры 7 переменного объема. В этом случае продувка полости 3 цилиндра 2 осуществляется путем вытеснения свежего заряда из подпоршневой камеры 7 по продувочным каналам 8 через продувочные окна 5. The claimed method is implemented in an engine containing a piston 1 installed in the cylinder 2 with the formation of the working cavity 3. The piston 1 controls the opening and closing of the exhaust windows 4 and the purge windows 5. The piston 1 is connected to the drive shaft (not shown) with a connecting rod or rod 6. The piston 1 can be installed with the formation of the piston chamber 7 of variable volume. In this case, the cavity 3 of the cylinder 2 is purged by displacing the fresh charge from the sub-piston chamber 7 through the purge channels 8 through the purge windows 5.
Продувка может также осуществляться путем подачи свежего заряда под давлением при помощи нагнетателя (на чертежах не показан) по впускному каналу 9 к продувочным окнам 5 через продувочную камеру 10, сообщающуюся с рабочей полостью 3 только через продувочные окна 5. На входе впускного канала 9 в продувочную камеру 10 установлен запорный орган, например, обратный клапан 11. Причем нагнетатель может быть использован также и в варианте двигателя с продувкой из подпоршневой камеры 7.  The purge can also be carried out by supplying a fresh charge under pressure using a blower (not shown in the drawings) through the inlet channel 9 to the purge windows 5 through the purge chamber 10, communicating with the working cavity 3 only through the purge windows 5. At the inlet of the inlet channel 9 to the purge a shut-off element is installed in the chamber 10, for example, a non-return valve 11. Moreover, the supercharger can also be used in the engine variant with a purge from the sub-piston chamber 7.
Выпускные окна 4 сообщены с выпускным коллектором 12, в котором установлено золотниковое устройство, например, вращающийся диск 13 с вырезом для прохода газов, с возможностью перекрытия сечения выпускного коллектора 12 на заданное время. Диск 13 золотника кинематически связан с приводным валом (на чертежах не показан).  The exhaust windows 4 are in communication with the exhaust manifold 12, in which a spool device is installed, for example, a rotating disk 13 with a cutout for the passage of gases, with the possibility of overlapping the cross section of the exhaust manifold 12 for a predetermined time. The spool disk 13 is kinematically connected to the drive shaft (not shown in the drawings).
Выпускной коллектор 12 сообщен либо с подпоршневой камерой 7, либо с продувочной камерой 10 при помощи перепускного канала 14, в котором установлен запорный орган, например, перепускной клапан 15, который может быть выполнен как управляемым, так и самодействующим.  The exhaust manifold 12 is in communication with either the sub-piston chamber 7 or the purge chamber 10 by means of a bypass channel 14 in which a shut-off element is installed, for example, a bypass valve 15, which can be either controlled or self-acting.
Двигатель может содержать нагнетатель (на чертежах не показан), подающий свежий заряд либо в один из впускных каналов, либо в оба.  The engine may contain a supercharger (not shown in the drawings) that supplies a fresh charge to either one of the inlet channels or both.
Двигатель, в котором реализуется заявленный способ, работает следующим образом.The engine in which the claimed method is implemented operates as follows.
Свежий заряд подается в подпоршневую камеру 7 либо под действием разрежения, создаваемого движущимся к ВМТ поршнем 1, либо под избыточным давлением, создаваемым нагнетателем. Из подпоршневой камеры 7 свежий заряд подается по продувочным каналам 8 к продувочным окнам 5. Либо свежий заряд подается нагнетателем под давлением в продувочную камеру 10, например, выполняющую функции продувочного ресивера. Fresh charge is supplied to the sub-piston chamber 7 either under the action of the vacuum created by the piston 1 moving towards the TDC, or under the excess pressure created by the supercharger. From the piston chamber 7, fresh charge is supplied through the purge channels 8 to the purge windows 5. Either the fresh charge is supplied a supercharger under pressure into the purge chamber 10, for example, acting as a purge receiver.
В конце такта расширения поршень 1 открывает сначала выпускные окна 4, и начинается свободный выпуск продуктов сгорания в выпускной коллектор 12 (фиг. 3). Причем конструктивным путем достигается максимально возможное время-сечение свободного выпуска. В этом случае полость 3 цилиндра 2 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 3 и подпоршневой камерой 7 или впускным каналом 9, 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 2 (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 stroke, the piston 1 first opens the exhaust windows 4, and the free release of combustion products into the exhaust manifold 12 begins (Fig. 3). Moreover, in the constructive way, the maximum possible time-section of the free release is achieved. In this case, the cavity 3 of the cylinder 2 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 3 and the sub-piston chamber 7 or the inlet channel 9, which directly feeds fresh charge from the supercharger. 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 2 (arising from the design of known engines) to prevent fresh charge from being transferred to the exhaust manifold and mixing the fresh charge with the combustion products.
При реализации заявленного способа работы надо лишь обеспечить минимальное сопротивление проходу свежего заряда в уже пустую полость 3 цилиндра по продувочным каналам 8 и через окна 5 и 4 в выпускной коллектор 12.  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 3 of the cylinder through the purge channels 8 and through windows 5 and 4 to the exhaust manifold 12.
После окончания свободного выпуска поршнем 1 открываются продувочные окна 5, и начинается наполнение полости 3 свежим зарядом либо из подпоршневой камеры 7, либо из продувочной камеры 10 при открытых выпускных окнах 4 (фиг. 4). Полость 3 наполняется до тех пор, пока свежий заряд не начнет выходить через выпускные окна 4 (фиг. 5) в выпускной коллектор 12.  After the free release ends with the piston 1, the purge windows 5 open and the cavity 3 is filled with a fresh charge either from the sub-piston chamber 7 or from the purge chamber 10 with the exhaust ports 4 open (Fig. 4). The cavity 3 is filled until a fresh charge begins to exit through the outlet windows 4 (Fig. 5) into the exhaust manifold 12.
Надо отметить, что направление выхода продувочных каналов в полость 3 под углом к поверхности цилиндра 2 в любой плоскости приводит к снижению расхода свежего заряда при продувке.  It should be noted that the direction of exit of the purge channels into the cavity 3 at an angle to the surface of the cylinder 2 in any plane reduces the consumption of fresh charge during purging.
Свободному наполнению полости 3 цилиндра 2 препятствует также любое дросселирование выпускного коллектора (очень распространенный в современном уровне техники прием) для уменьшения прямых потерь свежего заряда. В этой связи надо заметить, что использование волновых резонаторов в выпускной системе 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.  The free filling of the cavity 3 of the cylinder 2 is also prevented by any throttling of the exhaust manifold (a technique very common in the state of the art) to reduce direct losses of fresh charge. In this regard, it should be noted that the use of wave resonators in the exhaust system is ineffective and does not contribute to the return to the cylinder cavity of the fresh charge that has already left it. 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 3, при реализации заявленного способа, на значительном удалении от цилиндра 2 выпускной коллектор 12 перекрывают диском 13 золотника (фиг. 5), преграждая путь продуктам сгорания, покинувшим полость 3. При этом давление в перекрытом выпускном коллекторе 12 возрастает, препятствуя движению вышедшему из полости 3 свежего заряда по выпускному коллектору 12. Более того, давление продуктов сгорания в выпускном коллекторе 12 выдавливает свежий заряд обратно в полость 3 (фиг. 6). At the end of the filling of the cavity 3, when implementing the inventive method, at a considerable distance from the cylinder 2, the exhaust manifold 12 is closed by the spool disk 13 (Fig. 5), blocking the path of the combustion products leaving the cavity 3. When this pressure in the blocked exhaust manifold 12 increases, preventing the fresh charge leaving the cavity 3 from moving through the exhaust manifold 12. Moreover, the pressure of the combustion products in the exhaust manifold 12 squeezes the fresh charge back into the cavity 3 (Fig. 6).
К этому моменту и продувочные 5 и выпускные 4 окна еще не закрыты поршнем 1, перешедшим НМТ, поэтому свежий заряд подается из выпускного коллектора 12 в полость 3 как через выпускные окна 4, так и в перепускной канал 14. Волна давления по перепускному каналу 14 проходит к продувочным окнам 5 и препятствует выходу через них из полости 3 заряда, поджатого перепускаемым в полость 3 зарядом из выпускного коллектора 12.  At this point, both the purge 5 and outlet 4 windows have not yet been closed by the piston 1 that has passed the BDC, so a fresh charge is supplied from the exhaust manifold 12 to the cavity 3 both through the outlet windows 4 and into the bypass channel 14. The pressure wave passes through the bypass channel 14 to the purge windows 5 and prevents the exit through them from the cavity 3 of the charge, pressed by the charge transferred to the cavity 3 from the exhaust manifold 12.
В известных двигателях движущийся от НМТ поршень выдавливает значительное количество свежего заряда как через выпускные окна в выпускной коллектор, так и через продувочные окна обратно в подпоршневую камеру. In known engines, a piston moving from a BDC extrudes a significant amount of fresh charge both through the exhaust ports into the exhaust manifold and through the blowdown windows back into the piston chamber.
В двигателе, работающем по заявленному способу через незакрытые еще продувочные 5 и выпускные 4 окна происходит, по существу, дозарядка полости 3 цилиндра 2. Достичь такого явления, как «дозарядка», даже при отсутствии нагнетателя, можно в том случае, если свежий заряд проходит через всю полость 3, полностью наполняя ее, и выходит в выпускной коллектор 12, не испытывая значительного сопротивления, как при проходе через продувочные каналы 8 и окна 5, так и при выходе из полости 3. Желательно также, чтобы величина вредного объема в подпоршневых камерах была минимально возможной, тогда продувка будет более интенсивной, возникнет явление инерционного наддува свежего заряда в подпоршневую камеру 7 и, соответственно, в полость 3 цилиндра 2. То есть, чем больше свежего заряда выйдет из полости 3 после ее заполнения, тем большим будет её наполнение за счет дозарядки перед закрытием выпускных окон 4. In an engine operating according to the claimed method, essentially still recharging the cavity 3 of cylinder 2 occurs through still not purging 5 and exhaust 4 windows. A phenomenon such as “recharging” can be achieved even in the absence of a supercharger if a fresh charge passes through the entire cavity 3, completely filling it, and enters the exhaust manifold 12 without experiencing significant resistance, both when passing through the purge channels 8 and windows 5, and when leaving the cavity 3. It is also desirable that the amount of harmful volume in the under-piston chamber ah was the smallest possible, then the purge will be more intense, the phenomenon of inertial supercharging of a fresh charge into the sub-piston chamber 7 and, accordingly, into the cavity 3 of the cylinder 2 will occur. That is, the more fresh charge leaves the cavity 3 after filling it, the greater will be filling by recharging before closing the outlet windows 4.
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.  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.
Для того чтобы уменьшить обратный перепуск свежего заряда из полости 3 в момент дозарядки со стороны выпускного коллектора 12 в наиболее близком заявленному известном способе увеличивают давление продувки, а также настраивают работу выпускной системы таким образом, чтобы дозарядка через выпускные окна 4 началась позже закрытия продувочных окон 5. Однако в этом случае значительно уменьшается время-сечение дозарядки, определяемое, по сути, разностью высот продувочных 5 и выпускных 4 окон. In order to reduce the reverse bypass of the fresh charge from the cavity 3 at the time of recharging from the side of the exhaust manifold 12, in the closest claimed method, the purge pressure is increased and the operation of the exhaust system is adjusted so that charging through the outlet windows 4 starts later than closing the purge windows 5. However, in this case, the recharge time section is significantly reduced, which is determined, in fact, by the difference in the heights of the purge 5 and the outlet 4 windows.
Для увеличения наполнения полости 3 цилиндра за счет увеличения время-сечения подачи заряда через выпускные окна 4 за счет более раннего начала возврата заряда необходимо предотвратить выход свежего заряда из полости 3 через незакрытые еще продувочные окна 5. Для этого в период нагнетания свежего заряда из выпускного коллектора 12 в полость 3 цилиндра повышают давление в районе продувочных окон 5 снаружи цилиндра 2. Возможны различные варианты реализации импульсного повышения давления в заданный момент, например, с использованием резонаторов Гельмгольца или путем кратковременной подачи порции свежего заряда из воздушного или газового аккумулятора.  To increase the filling of the cavity 3 of the cylinder by increasing the time-cross-section of the charge supply through the exhaust ports 4 due to the earlier start of the charge return, it is necessary to prevent the fresh charge from leaving the cavity 3 through the still uncleaned purge windows 5. For this, during the discharge of the fresh charge from the exhaust manifold 12 into the cavity 3 of the cylinder increase the pressure in the region of the purge windows 5 outside the cylinder 2. There are various options for implementing a pulsed increase in pressure at a given moment, for example, using resonance s Helmholtz or by short-term supply of fresh charge portion of the air or gas accumulator.
Промышленная применимость Industrial applicability
Таким образом, реализация заявленного изобретения позволяет: Thus, the implementation of the claimed invention allows:
• повысить удельную мощность двигателя за счет возможности осуществления наддува двухтактного двигателя без потерь заряда при большем фактическом время- сечении подачи свежего заряда в цилиндр;  • increase the specific power of the engine due to the possibility of boosting the two-stroke engine without loss of charge with a larger actual time — the cross-section of the supply of fresh charge to the cylinder;
• 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.  • 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.
• 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 both due to the prevention of direct losses of fuel and oil, and due to a decrease in oil consumption due to a decrease in the thermal stress of the cylinder-piston group.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ организации газообмена в двухтактном двигателе, заключающийся в том, что полость цилиндра освобождают от продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые поршнем, с направлением их в атмосферу через выпускной коллектор, свежим зарядом продувают и наполняют полость цилиндра через продувочные окна, открываемые 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 поршня, 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 продувочные и выпускные окна поршнем в начале такта сжатия, причем в период перед закрытием поршнем продувочных окон временно, по крайней мере, до момента закрытия поршнем продувочных окон, повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра, ограничивая таким образом выпуск свежего заряда из полости цилиндра.  1. The method of organizing gas exchange in a two-stroke engine, which consists in the fact that the cylinder cavity is freed from the combustion products through the exhaust ports opened by the piston, with their direction into the atmosphere through the exhaust manifold, they are blown and filled with fresh charge through the exhaust windows opened by the piston, they pass part of the fresh charge, without interfering with its movement, from the cylinder cavity into the exhaust manifold after the combustion products with the fresh charge filling part of the exhaust manifold, then blocking The cross section of the exhaust manifold is synchronized with the piston body synchronized with the movement of the piston, blocking the movement of combustion products and thus increasing the pressure in the exhaust manifold in front of the spool body in the direction of gas movement from the cylinder cavity, the fresh charge received in the exhaust manifold is displaced by increased gas pressure in front of the spool device back in the direction of the cylinder and pump a fresh charge from the exhaust manifold blocked by the spool device into the cylinder cavity through open outlets the windows due to the energy of the combustion products, after which they close the purge and exhaust windows with a piston at the beginning of the compression stroke, and during the period before the piston closes the purge windows, temporarily, at least until the piston closes the purge windows, increase the pressure in the region of the purge windows outside the cylinder , thus limiting the release of fresh charge from the cylinder cavity.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продувку осуществляют путем подачи свежего заряда в полость цилиндра из подпоршневой камеры переменного объема, сообщенной с продувочными окнами посредством продувочных каналов, при этом повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра путем подачи нагнетаемого из выпускного коллектора свежего заряда дополнительно в подпоршневую камеру, сообщенную с выпускным коллектором посредством канала с установленным в нем запорным органом.  2. The method according to p. 1, characterized in that the purge is carried out by supplying a fresh charge to the cylinder cavity from a piston chamber of variable volume in communication with the purge windows through the purge channels, while increasing the pressure in the region of the purge windows outside the cylinder by supplying pumped from the exhaust a fresh charge collector additionally into the sub-piston chamber communicated with the exhaust manifold by means of a channel with a locking member installed therein.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продувку осуществляют путем подачи нагнетателем свежего заряда в полость цилиндра через продувочные окна из продувочной камеры постоянного объема, сообщенной с нагнетателем при помощи впускного канала с установленным в нем запорным органом, при этом повышают давление в районе продувочных окон снаружи цилиндра путем подачи нагнетаемого из выпускного коллектора свежего заряда дополнительно в продувочную камеру.  3. The method according to p. 1, characterized in that the purge is carried out by supplying the supercharger with a fresh charge into the cylinder cavity through the purging windows from the purging chamber of constant volume in communication with the supercharger via an inlet channel with a shut-off element installed in it, while increasing the pressure in the area of the purge windows outside the cylinder by supplying a fresh charge injected from the exhaust manifold into the purge chamber.
PCT/RU2013/000252 2013-03-27 2013-03-27 Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine WO2014158047A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000252 WO2014158047A1 (en) 2013-03-27 2013-03-27 Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000252 WO2014158047A1 (en) 2013-03-27 2013-03-27 Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014158047A1 true WO2014158047A1 (en) 2014-10-02

Family

ID=51624877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000252 WO2014158047A1 (en) 2013-03-27 2013-03-27 Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014158047A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10800490B2 (en) 2017-01-25 2020-10-13 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg Exhaust assembly, exhaust system, and power pack for a vehicle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2321498A (en) * 1997-01-22 1998-07-29 John Stephen Roberts Two-stroke i.c. engine exhaust system with active control of effective tuned le
US20030230258A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Niemiz Hector Alvaro Javier Two-stroke engines exhaust and scavenge control
RU2306443C1 (en) * 2006-01-26 2007-09-20 Николай Александрович Людин Method to increase efficiency of gas exchange in two-stroke internal combustion engine with crankcase displacement scavenging
WO2010044703A2 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Zakharov Evgeny Nik L Vi H Method of operation of a two-stroke engine with forced induction
RU2499150C1 (en) * 2012-03-15 2013-11-20 Евгений Николаевич Захаров Method of gas exchange in two-stroke ice

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2321498A (en) * 1997-01-22 1998-07-29 John Stephen Roberts Two-stroke i.c. engine exhaust system with active control of effective tuned le
US20030230258A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Niemiz Hector Alvaro Javier Two-stroke engines exhaust and scavenge control
RU2306443C1 (en) * 2006-01-26 2007-09-20 Николай Александрович Людин Method to increase efficiency of gas exchange in two-stroke internal combustion engine with crankcase displacement scavenging
WO2010044703A2 (en) * 2008-10-14 2010-04-22 Zakharov Evgeny Nik L Vi H Method of operation of a two-stroke engine with forced induction
RU2499150C1 (en) * 2012-03-15 2013-11-20 Евгений Николаевич Захаров Method of gas exchange in two-stroke ice

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10800490B2 (en) 2017-01-25 2020-10-13 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg Exhaust assembly, exhaust system, and power pack for a vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6347619B1 (en) Exhaust gas recirculation system for a turbocharged engine
US8689745B2 (en) Split-cycle air-hybrid engine having a threshold minimum tank pressure
CN103314184B (en) Two-cycle opposed-piston engine and its operating method and braking method
RU2006145223A (en) DEVICE FOR INCREASING BRAKING POWER OF A MULTI-CYLINDER ENGINE OF A VEHICLE BURNING A VEHICLE DURING THE ENGINE'S BRAKING MODE
WO2005068804A1 (en) A two-stroke compression ignition engine
US20110220083A1 (en) Split-cycle engine having a crossover expansion valve for load control
US8904981B2 (en) Alternating split cycle combustion engine and method
US9234490B2 (en) Multi-cylinder internal combustion engine and method for operating such a multi-cylinder internal combustion engine
RU2499150C1 (en) Method of gas exchange in two-stroke ice
RU2387849C1 (en) Method of operation of two-stroke forced cylinder filling engine
WO2014158047A1 (en) Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine
RU2499149C1 (en) Method of gas exchange in two-stroke ice
RU2499151C1 (en) Method of gas exchange in two-stroke ice with opposing pistons (versions)
WO2014158046A1 (en) Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine
KR100963666B1 (en) Variable valve timing for a large two-stroke diesel engine with a camshaft
CN104160120B (en) Valve actuator is arranged
JP5682163B2 (en) Supercharging device with supercharging assistance and discharge control valve
JP5909954B2 (en) Supercharging assistance system for internal combustion engine, internal combustion engine, and supercharging assistance method for internal combustion engine
RU2133842C1 (en) Method of and leaf valve for fuel intake in four-stroke internal combustion engine
RU2566856C1 (en) Ice three-valve gas pressure control valve actuation by pneumatic drive system with its charging with atmospheric air from
RU153135U1 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE
RU2019112644A (en) INTERNAL COMBUSTION PISTON ENGINE WITH A DEVICE TO INCREASE ITS TORQUE
RU2073101C1 (en) Internal combustion engine gas exchange system
WO2014158048A1 (en) Method for organizing gas-exchange in two-stroke engine
EP2547887A1 (en) Split-cycle engine having a crossover expansion valve for load control

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13880145

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13880145

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1