RU2767262C1 - Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром - Google Patents
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767262C1 RU2767262C1 RU2020130588A RU2020130588A RU2767262C1 RU 2767262 C1 RU2767262 C1 RU 2767262C1 RU 2020130588 A RU2020130588 A RU 2020130588A RU 2020130588 A RU2020130588 A RU 2020130588A RU 2767262 C1 RU2767262 C1 RU 2767262C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connecting rod
- working
- auxiliary cylinder
- piston
- working cylinders
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
- F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
- F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
- F02B33/22—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with pumping cylinder situated at side of working cylinder, e.g. the cylinders being parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/01—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being mechanical
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Двигатель внутреннего сгорания содержит два рабочих цилиндра (1.1, 1.2) с поршнями (2.1, 2.2), вспомогательный цилиндр (3) с поршнем (4), установленный между рабочими цилиндрами (1.1, 1.2), и коленчатый вал (5) с шатунными шейками рабочих (1.1, 1.2) и вспомогательного (3) цилиндров. Рабочие поршни (2.1, 2.2) установлены на одном уровне, а шатунная шейка коленчатого вала (5) вспомогательного цилиндра (3) смещена на 180° относительно шатунных шеек рабочих цилиндров (1.1, 1.2). Вспомогательный цилиндр (3) дополнительно снабжен впускным клапаном (6) и перепускными каналами (10.1, 10.2), выполненными в головке цилиндров (9) с закрывающимися регулируемыми клапанами (7.1, 7.2) со стороны рабочих цилиндров (1.1, 1.2). Масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра (3) соответствует сумме масс шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров (1.1, 1.2) mвц=mрц1+mрц2, где mвц- масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра; mрц1, mрц2- массы шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров соответственно. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДВС).
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два спаренных цилиндра с размещенными в них шатунно-поршневыми деталями, в котором осуществляются четыре такта: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп, отличающийся тем, что в первом цилиндре происходят такты всасывание-сжатие чистого воздуха, а в другом цилиндре - рабочий ход-выхлоп; последовательность тактов цикла чередуется по обоим цилиндрам, т.е. одновременно совершаются спаренные такты: всасывание-расширение газов (рабочий ход) и сжатие воздуха-выхлопа; при этом сгорание топлива осуществляется в отдельной камере сгорания, заполненной сжатым воздухом и охваченной другой камерой с запасом сжатого воздуха, который имеет возможность перетекать в камеру сгорания, а затем во второй цилиндр; при этом поданное топливо может сгорать в камере сгорания как по циклу Отто, так и по циклу Дизеля, совершая полный рабочий цикл за один оборот коленчатого вала (см. патент РФ №2167315, МКП F02B, опубл. 2001.05.20).
Недостатком данного двигателя является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.) и мощность из-за потерь энергии в цилиндрах при такте рабочего хода, а также низкая надежность вследствие неуравновешенной работы кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение, вспомогательный цилиндр дополнительно снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров с закрывающимися клапанами со стороны рабочих цилиндров (см. патент РФ №2299999, МКП F02B 41/06, опубл. 2007.05.27).
Недостатком данного двигателя является низкий к.п.д., обусловленный четырехтактным циклом работы и неуравновешенной работой кривошипно-шатунного механизма.
Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия ДВС за счет перехода на двухтактный режим работы, при котором за один оборот коленчатого вала происходит такт рабочего хода в каждом из рабочих цилиндров и за счет обеспечения уравновешенной работы кривошипно-шатунного механизма двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра смещена на 180° относительно шатунных шеек рабочих цилиндров, вспомогательный цилиндр дополнительно снабжен впускным клапаном и перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров с закрывающимися регулируемыми клапанами со стороны рабочих цилиндров, согласно изобретению, дополнительно масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра соответствует сумме масс шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров:
mвц=mрц1+mрц2,
где mвц - масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра; mрц1, mрц2 - масса шатунно-поршневой группы первого и второго рабочих цилиндров соответственно.
Сущность изобретения заключается в том, что масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра соответствует сумме масс шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров:
mвц=mрц1+mрц2,
где mвц - масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра; mрц1, mрц2 - масса шатунно-поршневой группы первого и второго рабочих цилиндров соответственно.
Известно [см., например, Свистула, А.Е. Двигатели внутреннего сгорания: учебное пособие / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. - 81 с - С. 24], что рабочий процесс как 4-тактных, так и 2-тактных двигателей состоит из четырех элементов - газообмена, сжатия, сгорания и расширения. Все эти элементы рабочего процесса в четырехтактных двигателях осуществляются за четыре хода поршня. В двухтактном двигателе все четыре элемента рабочего процесса осуществляются за два хода поршня. Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частотах вращения равномерность крутящего момента и мощность двухтактного двигателя значительно больше, увеличивается приблизительно в 1,5-1,7 раза.
В известном двигателе (прототипе (см., например, см. патент РФ №2299999, МКП F02B, опубл. 2007.05.27)) рабочий процесс осуществляется за четыре такта за два оборота коленчатого вала двигателя, при этом рабочий ход происходит в рабочих цилиндрах поочередно через 360° поворота коленчатого вала, что приводит к механическим потерям и уменьшению коэффициента полезного действия и мощности ДВС.
Согласно изобретению, рабочий процесс двигателя осуществляется за два такта и один оборот коленчатого вала (360°), при этом такт рабочего хода происходит одновременно в двух рабочих цилиндрах следующим образом.
Первый такт. Поршень вспомогательного цилиндра движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) при повороте коленчатого вала двигателя на 180°. За счет создания разряжения в цилиндре открывается впускной клапан и происходит всасывание рабочего тела в вспомогательный цилиндр. При этом, поршни рабочих цилиндров движутся одновременно от НМТ к ВМТ, регулируемые клапаны закрыты. В рабочих цилиндрах осуществляется сжатие рабочего тела, в конце которого начинается процесс его сгорания (после впрыска дизельного топлива через форсунки или подачи искры на свечи зажигания).
Второй такт. В рабочих цилиндрах, после сгорания рабочего тела, поршни под действием высокого давления движутся от ВМТ к НМТ, поворачивая коленчатый вал двигателя на 180°. Осуществляется рабочий ход одновременно в двух цилиндрах. При достижении верхними кромками поршней выпускных окон через них из рабочих цилиндров начинает осуществляться выпуск отработавших газов. Одновременно, в вспомогательном цилиндре поршень двигается от НМТ к ВМТ и сжимает рабочее тело. В момент, когда давление сжатия превысит усилие пружин регулируемых клапанов, они открываются. Сжатое рабочее тело из вспомогательного цилиндра по каналам начинает поступать в рабочие цилиндры, обеспечивая более качественное их наполнение и смесеобразование, и, дополнительно, вытесняя отработавшие газы, улучшает продувку рабочих цилиндров. При соответствии массы шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра сумме масс шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров обеспечивается уравновешенная работа кривошипно-шатунного механизма двигателя. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром представлен на фигуре 1а, б, где показаны: 1.1, 1.2 - рабочий цилиндр; 2.1, 2.2 - поршень рабочего цилиндра; 3 - вспомогательный цилиндр; 4 - поршень вспомогательного цилиндра; 5 - коленчатый вал двигателя; 6 - впускной клапан; 7.1, 7.2 - регулируемый клапан; 8.1, 8.2 - пружина регулируемого клапана; 9 - головка блока; 10.1, 10.2 - канал; 11.1, 11.2 - выпускное окно, 12.1, 12.2 - свечи зажигания.
Рабочий цилиндр 1.1, 1.2 с поршнями 2.1, 2.2 предназначен для осуществления термодинамического цикла - впуска рабочего тела, его сжатия, воспламенения и сгорания, выпуска отработавших газов.
Вспомогательный цилиндр 3 с поршнем 4 предназначены для впуска и сжатия рабочего тела и его подачи в рабочие цилиндры 1.1 и 1.2 по каналам 10.1, 10.2 через регулируемые клапаны 7.1. 7.2.
Назначение коленчатого вала двигателя 5, головки блока 9 ясны из их названий.
Рабочий цилиндр 1.1, 1.2 с поршнями 2.1, 2.2, вспомогательный цилиндр 3 с поршнем 4, коленчатый вал двигателя 5, головка блока 9 могут быть выполнены в виде типовых технических устройств (см., например, [Анисимов Г.М., Кочнев А.М. Лесотранспортные машины: Учебное пособие / Под ред. Г.М. Анисимова. - СПб.: Издательство «Лань», 2009. - 448 с.])
Впускной клапан 6 предназначен для впуска рабочего тела из канала впуска двигателя в вспомогательный цилиндр 3 при движении поршня вспомогательного цилиндра 4 от ВМТ к НМТ. В качестве такого клапана может быть использован, например, всасывающий клапан (см., например, [Полина И.Н., Ефимова С.Г., Корычев Н.А. Теплотехника. Техническая термодинамика: учебное пособие; Сыкт. лесн. ин-т. - Сыктывкар: СЛИ, 2012. - 188 с. - С.98]).
Регулируемые клапаны 7.1. 7.2 предназначены для впуска сжатого рабочего тела из вспомогательного цилиндра 3 в рабочие цилиндры 1.1 и 1.2 по каналам 10.1,10.2 и обеспечения оптимального их наполнения. В качестве таких клапанов может быть использован, например, перепускной клапан (см., например, [Гейер В.Г, Дулин B.C., Борушенский А.Г., Зарян Л.Н. Гидравлика и гидропривод. - М.: Недра, 1987. - 295 с.]).
При работе двигателя рабочий процесс осуществляется за два такта и один оборот коленчатого вала 5 (360°), при этом такт рабочего хода происходит одновременно в двух рабочих цилиндрах 1.1, 1.2 следующим образом.
Первый такт (Фигура 1а). Поршень 4 вспомогательного цилиндра 3 движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) при повороте коленчатого вала двигателя 5 на 180°. За счет создания разряжения в цилиндре 3 открывается впускной клапан 6 и происходит всасывание рабочего тела в вспомогательный цилиндр 3. При этом, поршни 2.1, 2.2 рабочих цилиндров 1.1, 1.2 движутся одновременно от НМТ к ВМТ, регулируемые клапаны 7.1, 7.2 закрыты. В рабочих цилиндрах 1.1,1.2 осуществляется сжатие рабочего тела, в конце которого начинается процесс его сгорания (после впрыска дизельного топлива через форсунки или подачи искры на свечи зажигания 12.1, 12.2).
Второй такт (Фигура 1б). В рабочих цилиндрах 1.1, 1.2, после сгорания рабочего тела, поршни 2.1, 2.2 под действием высокого давления движутся от ВМТ к НМТ, поворачивая коленчатый вал двигателя 5 на 180°. Осуществляется рабочий ход одновременно в двух цилиндрах 1.1 и 1.2. При достижении верхними кромками поршней 2.1, 2.2 выпускных окон 11.1, 11.2 через них из рабочих цилиндров 1.1,1.2 начинает осуществляться выпуск отработавших газов. Одновременно, в вспомогательном цилиндре 3 поршень 4 двигается от НМТ к ВМТ и сжимает рабочее тело. В момент, когда давление сжатия превысит усилие пружин 8.1, 8.2 регулируемых клапанов 7.1, 7.2, они открываются. Сжатое рабочее тело из вспомогательного цилиндра 3 по каналам 10.1, 10.2 начинает поступать в рабочие цилиндры 1.1, 1.2, обеспечивая более качественное их наполнение и смесеобразование, и, дополнительно, вытесняя отработавшие газы, улучшает продувку рабочих цилиндров 1.1, 1.2. При соответствии массы шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра 3 сумме масс шатунно-поршневых групп рабочих цилиндров 1.1 и 1.2 обеспечивается уравновешенная работа кривошипно-шатунного механизма двигателя.
Таким образом, предлагаемый двигатель позволяет за один оборот коленчатого вала осуществить такт рабочего хода в каждом из рабочих цилиндров, при этом обеспечить более качественное их наполнение, смесеобразование, вытеснение отработавших газов, снизить рабочие обороты коленчатого вала двигателя, и тем самым уменьшить механические потери, обеспечить уравновешенную работу кривошипно-шатунного механизма двигателя и повысить к.п.д. двухтактных ДВС.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые устройства.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить к.п.д. и мощность двухтактных двигателей внутреннего сгорания на 10…15%, а также обеспечить работу кривошипно-шатунного механизма (КШМ) таких двигателей в условиях смазки - с использованием масляной ванны в картере ДВС, что дополнительно приведет к повышению надежности КШМ и двигателей в целом, а также позволит осуществить работу двухтактных ДВС на различных видах топлива (бензине, газе и дизельном топливе). Благодаря улучшенной продувке цилиндра и более качественному наполнению его горючей смесью улучшаются экономические и экологических характеристики двигателя. При этом достигается экономия топлива до 15%, снижение СО и СН до 20% и увеличение ресурса двигателя на 10…12%.
Claims (3)
- Двигатель внутреннего сгорания, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра смещена на 180° относительно шатунных шеек рабочих цилиндров, вспомогательный цилиндр дополнительно снабжен впускным клапаном и перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров с закрывающимися регулируемыми клапанами со стороны рабочих цилиндров, отличающийся тем, что масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра соответствует сумме масс шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров:
- mвц=mрц1+mрц2,
- где mвц - масса шатунно-поршневой группы вспомогательного цилиндра; mрц1, mрц2 - массы шатунно-поршневых групп первого и второго рабочих цилиндров соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130588A RU2767262C1 (ru) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020130588A RU2767262C1 (ru) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2767262C1 true RU2767262C1 (ru) | 2022-03-17 |
Family
ID=80737099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020130588A RU2767262C1 (ru) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2767262C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2127114A (en) * | 1936-04-24 | 1938-08-16 | Grab Wilheim | Two-stroke internal combustion engine |
US5265564A (en) * | 1989-06-16 | 1993-11-30 | Dullaway Glen A | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders |
RU2139431C1 (ru) * | 1989-06-16 | 1999-10-10 | Ротек Дизайн Лимитед | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2144141C1 (ru) * | 1997-09-30 | 2000-01-10 | Московченко Александр Пантелеевич | Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания и способ использования горячих газов высокого давления |
RU2438023C2 (ru) * | 2007-08-07 | 2011-12-27 | СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи | Двигатель с разделенным циклом и способ повышения давления воздуха в нем |
-
2020
- 2020-09-16 RU RU2020130588A patent/RU2767262C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2127114A (en) * | 1936-04-24 | 1938-08-16 | Grab Wilheim | Two-stroke internal combustion engine |
US5265564A (en) * | 1989-06-16 | 1993-11-30 | Dullaway Glen A | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders |
RU2139431C1 (ru) * | 1989-06-16 | 1999-10-10 | Ротек Дизайн Лимитед | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2144141C1 (ru) * | 1997-09-30 | 2000-01-10 | Московченко Александр Пантелеевич | Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания и способ использования горячих газов высокого давления |
RU2438023C2 (ru) * | 2007-08-07 | 2011-12-27 | СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи | Двигатель с разделенным циклом и способ повышения давления воздуха в нем |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5146884A (en) | Engine with an offset crankshaft | |
US3485221A (en) | Omnitorque opposed piston engine | |
EP1819912B1 (en) | Reciprocating machine | |
US4884532A (en) | Swinging-piston internal-combustion engine | |
CN110778394A (zh) | 一种节能四冲程内燃机 | |
JP6410813B2 (ja) | 内燃エンジン | |
EP0476010B1 (en) | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders | |
RU2306443C1 (ru) | Способ повышения эффективности газообмена двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой | |
RU2767262C1 (ru) | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром | |
CA2060203C (en) | Reciprocating piston engine with pumping and power cylinders | |
GB2425808A (en) | Supercharged two-stroke engine with separate direct injection of air and fuel | |
CN211144636U (zh) | 一种节能四冲程内燃机 | |
US3621758A (en) | Reciprocating piston machine | |
US10914205B2 (en) | Rotational valve for two stroke engine | |
US20080017141A1 (en) | Air/fuel double pre-mix self-supercharging internal combustion engine with optional freewheeling mechanism | |
US3288123A (en) | Supercharging engine | |
RU2300002C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
RU2221152C2 (ru) | Двухтактный клапанный двигатель внутреннего сгорания без цикла продувки и газораспределительного вала с вспомогательным цилиндром | |
RU2076931C1 (ru) | Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с наддувом и вакуумным впуском | |
GB166234A (en) | Improvements relating to internal combustion engines | |
KR200389358Y1 (ko) | 복동(複動)식 기관 | |
WO1985002655A1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2198305C2 (ru) | Способ наддува с использованием перепадов давления в картере двигателя | |
HARIHARAN | SIX-STROKE ENGINE | |
RU2243391C2 (ru) | Способ работы разноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом |