RU2379531C1

RU2379531C1 - Opposed-piston two-shaft ice and method of its operation

Info

Publication number: RU2379531C1
Application number: RU2008118690/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Капустин (RU); Александр Васильевич Капустин; Владимир Семенович Курочкин (RU); Владимир Семенович Курочкин; Алексей Юрьевич Бондарь (RU); Алексей Юрьевич Бондарь; Антон Юрьевич Бондарь (RU); Антон Юрьевич Бондарь
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2008118690A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: opposed-piston two-shaft ICE consists of cylinder (1) with blowoff openings (2, 3), fuel injection nozzle (4) and two connecting rod gears (CRG) (5), one central CRG and another offset CRG. Offset CRG crank is shifted relative to central CRG crank in direction of piston advance through φ=15° to 30° of crankshaft turn. Proposed method consists in initiating combustion when one of the pistons stays nearby TDC, while the other piston is shifted through φ=15° to 30° of crankshaft turn after TDC.

EFFECT: accelerated combustion of fuel with no increase in engine rigidity.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению.The invention relates to the field of engineering, in particular to engine building.

Известны двухвальные двигатели с противоположно движущимися поршнями с двумя кривошипно-шатунными механизмами. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. /Д.Н.Вырубов, С.И.Ефимов, Н.А.Иващенко и др.; Под. Ред А.С.Орлина, И.Т.Круглова. - М.: Машиностроение, 1984. - 384 с., ил., с.12) - прототип.Known twin-shaft engines with oppositely moving pistons with two crank mechanisms. Internal combustion engines: Design and strength analysis of piston and combined engines. / D.N.Vyrubov, S.I. Efimov, N.A. Ivashchenko, and others; Under. Red A.S. Orlin, I.T. Kruglov. - M .: Engineering, 1984. - 384 p., Ill., P. 12) - prototype.

В известном двигателе оба кривошипно-шатунных механизма идентичны, кривошипы в заданный момент времени находятся в положении, составляющем одинаковый угол в градусах поворота коленчатого вала (°ПКВ) относительно начала отсчета и оба поршня одновременно приходят в крайние положения: верхнюю и нижнюю мертвые точки (ВМТ и НМТ). Работа такого двигателя происходит по традиционному двухтактному (четырехтактному) циклу. Сгорание осуществляют, когда оба поршня находятся вблизи ВМТ. При таком положении поршней изменение объема между поршнями мало зависит от угла поворота коленчатого вала в силу косинусоидальной зависимости перемещения поршней от угла ПКВ, и основная фаза горения происходит в условиях почти постоянного объема. В этих условиях турбулентная скорость горения в основной фазе ограничивается величиной 40…80 м/с. Более высокая скорость горения (скорость тепловыделения) приводит к недопустимо быстрому нарастанию давления (к недопустимой жесткости работы двигателя).In the known engine, both crank mechanisms are identical, the cranks at a given point in time are in a position that makes the same angle in degrees of rotation of the crankshaft (° PKV) relative to the reference point, and both pistons simultaneously come to the extreme positions: upper and lower dead points (TDC and BDC). The operation of such an engine occurs according to the traditional two-stroke (four-stroke) cycle. Combustion is carried out when both pistons are near TDC. With this position of the pistons, the change in volume between the pistons depends little on the angle of rotation of the crankshaft due to the cosine dependence of the movement of the pistons on the angle of the PCV, and the main phase of combustion occurs under conditions of an almost constant volume. Under these conditions, the turbulent burning rate in the main phase is limited to 40 ... 80 m / s. A higher combustion rate (heat release rate) leads to an unacceptably rapid increase in pressure (to unacceptable engine stiffness).

Задача изобретения - создание двухвального двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями с рабочим процессом, позволяющим по отношению к традиционному процессу осуществить значительно более быстрое сгорание при приемлемой жесткости работы двигателя.The objective of the invention is the creation of a twin-shaft internal combustion engine with oppositely moving pistons with a working process that allows, in relation to the traditional process, to carry out significantly faster combustion with acceptable engine stiffness.

Для решения данной задачи разработан способ работы двигателя и двухвальный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с противоположно движущимися поршнями.To solve this problem, a method of engine operation and a twin-shaft single-cylinder internal combustion engine (ICE) with oppositely moving pistons have been developed.

Двигатель работает по двухтактному циклу с прямоточно-щелевой схемой продувки. Можно реализовать как дизельный цикл, так и цикл двигателя с искровым зажиганием и впрыском топлива в процессе сжатия.The engine runs on a two-stroke cycle with a direct-flow slotted purge circuit. You can implement both the diesel cycle and the engine cycle with spark ignition and fuel injection during compression.

С целью снижения жесткости работы двигателя в процессе сгорания перемещение поршней смещено между собой на угол φ=15…30 градусов поворота коленчатого вала (°ПКВ), и начало горения осуществляют при положениях поршней: одного вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), а второго после ВМТ на угол φ °ПКВ, когда происходит быстрое увеличение объема между поршнями. Это отличает работу заявленного двигателя от работы известных ДВС.In order to reduce the rigidity of the engine during combustion, the movement of the pistons is offset by an angle of φ = 15 ... 30 degrees of rotation of the crankshaft (° PKV), and the start of combustion is carried out at the piston positions: one near the top dead center (TDC), and the second after TDC at an angle φ ° PKV, when there is a rapid increase in volume between the pistons. This distinguishes the work of the claimed engine from the work of well-known ICE.

Существенно более быстрое увеличение объема при сгорании по сравнению со сгоранием в условиях почти постоянного объема известного двигателя с искровым зажиганием позволит повысить его антидетонационные свойства.A significantly faster increase in volume during combustion compared with combustion under conditions of an almost constant volume of a known spark ignition engine will increase its antiknock properties.

Данный способ работы можно реализовать в заявленном двигателе, представленном на чертеже. Двигатель состоит из цилиндра 1 с выпускными 2 и впускными 3 окнами и форсункой 4 для впрыскивания топлива, двух кривошипно-шатунных механизмов с коленчатыми валами 5, поршнями 6 и шатунами 7.This method of operation can be implemented in the inventive engine, shown in the drawing. The engine consists of a cylinder 1 with exhaust 2 and inlet 3 windows and an injector 4 for fuel injection, two crank mechanisms with crankshafts 5, pistons 6 and connecting rods 7.

Отличается двигатель тем, что у него один КШМ - центральный, а второй КШМ - дезаксиальный, причем кривошип дезаксиального КШМ смещен относительно кривошипа центрального КШМ в направлении опережения перемещения поршня на угол φ °ПКВ.The engine differs in that it has one KShM - the central one, and the second KShM - the deaxial one, and the crank of the deaxial KShM is shifted relative to the crank of the central KShM in the direction of advancing the piston movement by the angle φ ° PKV.

При положении поршня центрального КШМ в ВМТ (на чертеже справа) поршень дезаксиального КШМ (слева) находится в положении, когда кривошип повернут в направлении к НМТ на угол φ=15…30 °ПКВ. С этого момента оба поршня перемещаются в направлении к НМТ, и объем между поршнями увеличивается на порядок (и более) быстрее, по сравнению с увеличением объема в известных ДВС с двумя поршнями, одновременно перемещающимися от ВМТ. При организации процесса сгорания так, чтобы начало основной фазы примерно совпадало с положениями КШМ, показанными на чертеже (поршень центрального КШМ находится в ВМТ), длительность этой фазы можно сократить в несколько раз без увеличения жесткости сгорания по отношению к традиционным циклам.When the central crank crank piston is in the TDC (on the right drawing), the deaxial crank crank piston (on the left) is in the position when the crank is rotated in the direction of the BDC at an angle φ = 15 ... 30 ° PKV. From this moment, both pistons move towards the BDC, and the volume between the pistons increases by an order of magnitude (or more) faster than the increase in volume in the known ICE with two pistons moving simultaneously from the TDC. When organizing the combustion process so that the beginning of the main phase approximately coincides with the positions of the crankshaft shown in the drawing (the piston of the central crankcase is located in the upper dead center), the duration of this phase can be reduced by several times without increasing the stiffness of combustion with respect to traditional cycles.

В процессе сжатия первым в положении ВМТ приходит поршень центрального КШМ, а поршень дезаксиального КШМ в этот момент не доходит до ВМТ в градусах ПКВ на угол φ. При дальнейших поворотах коленчатых валов поршень центрального механизма перемещается в направлении к НМТ, а поршень дезаксиального КШМ продолжает двигаться в сторону своей ВМТ. При этом объем между поршнями вначале уменьшается, но затем начинает увеличиваться. Увеличение объема до начала сгорания нежелательно. Однако за этот период движения поршней до момента прихода поршня центрального КШМ в ВМТ в целом изменение объема между поршнями невелико. В то же время смещение кривошипа дезаксиального КШМ в сторону опережения перемещения поршня позволит лучше произвести перезарядку цилиндра свежим зарядом, так как выпускные окна даже при одинаковых размерах с впускными будут открываться и закрываться раньше впускных окон. Это может компенсировать недостатки, связанные с небольшим увеличением объема сжатия до начала сгорания.In the process of compression, the piston of the central crankshaft comes first in the TDC position, and the piston of the deaxial crankshaft at this moment does not reach the TDC in degrees PKW at the angle φ. With further rotation of the crankshafts, the piston of the central mechanism moves towards the BDC, and the piston of the deaxial crankshaft continues to move towards its TDC. In this case, the volume between the pistons first decreases, but then begins to increase. An increase in volume prior to combustion is undesirable. However, during this period of movement of the pistons until the piston arrives at the central crankshaft at TDC as a whole, the volume change between the pistons is small. At the same time, shifting the crankshaft of the deaxial crankshaft to the front of the piston will allow for better recharging of the cylinder with a fresh charge, since the exhaust windows will open and close before the intake windows even with the same size as the intake ones. This can compensate for the disadvantages associated with a small increase in compression volume before combustion.

Claims

1. A reciprocating twin-shaft internal combustion engine with oppositely moving pistons, consisting of a cylinder with purge windows and an injector for injecting fuel, two crank mechanisms (KShM), characterized in that one KShM is central and the second KShM is de-axial, with the crank deaxial crankshaft displaced relative to the crank of the central crankshaft in the direction of advancing the movement of the piston at an angle φ = 15-30 ° rotation of the crankshaft.

2. The method of operation of a piston twin-shaft internal combustion engine by filling the cylinder with air, compressing the air with two pistons, injecting fuel, burning the mixture and then expanding, characterized in that the start of combustion is carried out when one piston is located near top dead center (TDC), and the second piston , shifted by an angle of φ = 15-30 ° crankshaft rotation, after TDC, when there is a rapid increase in volume between the pistons.