RU2017995C1

RU2017995C1 - Two-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2017995C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Плющев; В.Н. Осауленко; А.Ю. Волков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "АДВИ-АЛМАС"
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: finned heat exchanger is received in an under-piston compression chamber. The heat exchanger has passages for circulating of a coolant. The passages are coupled with a pump which is set in operation by a shaft of the engine. Axes of inlet openings point in the finned surface of the heat exchanger. EFFECT: enhanced efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям ДВС с системой охлаждения свежего заряда. The invention relates to engine building, and in particular to ICE structures with a fresh charge cooling system.

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), содержащие цилиндр с поршнем и впускными отверстиями, к которым подключена система подачи свежего заряда, состоящая из по крайней мере одного компрессора и холодильника, соединенных последовательно (1, 2). Internal combustion engines (ICE) are known, which contain a cylinder with a piston and inlets, to which a fresh charge supply system is connected, consisting of at least one compressor and a refrigerator connected in series (1, 2).

Однако в известных технических решениях устройства охлаждения и сжатия свежего заряда не совмещены, в результате чего происходит чередование циклов охлаждения и сжатия. Это приводит к значительным потерям на сжатие, не позволяет достичь высоких КПД двигателя и эффективности охлаждения. However, in the known technical solutions, the cooling and compression devices of the fresh charge are not combined, as a result of which the cooling and compression cycles alternate. This leads to significant loss in compression, does not allow to achieve high engine efficiency and cooling efficiency.

Известен ДВС, содержащий цилиндр, спаренные поршни со штоком, разделяющие внутрицилиндровый объем на рабочую надпоршневую камеру и две компрессорные камеры в межпоршневом пространстве, разделенные перегородками с клапанами, связанными с впускным трактом, рубашки охлаждения цилиндра, окружающие указанные камеры, и выполненные в штоке каналы для циркуляции охлаждающей жидкости (3). Known ICE containing a cylinder, paired pistons with a rod, dividing the inner cylinder volume on the working nadporshnevoy chamber and two compressor chambers in the piston space, separated by partitions with valves associated with the inlet tract, cylinder cooling shirts surrounding these chambers, and channels for coolant circulation (3).

Однако рубашки цилиндра и каналы в штоке известного устройства служат в основном для охлаждения этих деталей двигателя, то есть эффективность охлаждения заряда за счет снижения температуры этих элементов конструкции крайне низка. Увеличение же эффективности охлаждения заряда путем наращивания поверхности теплообмена в известном устройстве невозможно, поскольку внутренняя поверхность цилиндра и шток не могут быть оребрены. However, the cylinder shirts and channels in the stem of the known device serve mainly to cool these engine parts, that is, the charge cooling efficiency due to lower temperatures of these structural elements is extremely low. The increase in the cooling efficiency of the charge by increasing the heat transfer surface in the known device is impossible, since the inner surface of the cylinder and the rod cannot be finned.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя путем увеличения эффективности охлаждения свежего заряда. The purpose of the invention is to increase engine efficiency by increasing the cooling efficiency of a fresh charge.

Для достижения указанной цели в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр с выполненными в нем выпускными окнами, по меньшей мере, один поршень, размещенный в цилиндре, имеющий шток, связанный с валом, и разделяющий цилиндр на рабочую надпоршневую камеру и компрессорную подпоршневую камеру, ограниченную подпоршневой перегородкой и снабженную впускными отверстиями, и теплообменник, расположенный в компрессорной камере соосно цилиндру и имеющий каналы для циркуляции хладагента, связанные с насосом, теплообменник выполнен оребренным, а оси впускных отверстий направлены на ребра теплообменника, ребра теплообменника выполнены по огибающей, соответствующей по форме внутренней поверхности поршня, впускные отверстия выполнены в цилиндре, оси впускных отверстий сонаправлены с ребрами теплообменника, а привод насоса связан с валом. To achieve this goal in a two-stroke internal combustion engine containing at least one cylinder with exhaust ports made therein, at least one piston located in the cylinder, having a rod connected to the shaft, and separating the cylinder into a working over-piston chamber and a compressor a sub-piston chamber bounded by a sub-piston baffle and provided with inlet openings, and a heat exchanger located in the compressor chamber coaxially with the cylinder and having channels for refrigerant circulation associated with the pump ohm finned heat exchanger is made, and the axis of the inlet openings are directed on heat exchanger fins, fin heat exchanger made according to the envelope corresponding in shape of the inner surface of the piston, the inlet holes are formed in the cylinder inlets axis collinear with the edges of the heat exchanger, and the pump drive is connected to the shaft.

Именно предлагаемое взаимное расположение осей впускных отверстий и оребрения теплообменника обеспечивают более высокую по сравнению с прототипом эффективность охлаждения свежего заряда на впуске и сжатии, в результате чего уменьшается средняя температура сжатия заряда, снижается работа сжатия подпоршневого компрессора, возрастает наполнение цилиндра, а следовательно, и мощностные характеристики двигателя и его КПД. Таким образом, заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение положительного эффекта. It is the proposed mutual arrangement of the axes of the inlet openings and the fins of the heat exchanger that provide a higher efficiency of cooling the fresh charge at the inlet and compression compared with the prototype, as a result of which the average compression temperature of the charge decreases, the compression work of the sub-piston compressor decreases, the filling of the cylinder increases, and therefore the power engine characteristics and its efficiency. Thus, the claimed combination of features ensures the achievement of a positive effect.

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель (осевой разрез цилиндра); на фиг. 2 - поперечный разрез компрессорной камеры по теплообменнику, вариант расположения впускных отверстий на подпоршневой перегородке; на фиг. 3, 4 - расположение впускных отверстий в стенке цилиндра, варианты. In FIG. 1 shows the proposed engine (axial section of the cylinder); in FIG. 2 is a cross-sectional view of a compressor chamber along a heat exchanger; an arrangement of inlets on a sub-piston partition; in FIG. 3, 4 - the location of the inlets in the cylinder wall, options.

Двигатель содержит цилиндр с выпускными окнами 2, поршень 3 с перепускным клапаном 4, размещенный в цилиндре 1 и разделяющий внутрицилиндровый объем на рабочую надпоршневую камеру 5 и компрессорную подпоршневую камеру 6, которая ограничена подпоршневой перегородкой 7 с выполненными в ней впускными отверстиями 8. В компрессорной камере 6 размещен соосный с цилиндром 1 оребренный теплообменник 9, ребра 10 которого выполнены по огибающей, соответствующей по форме внутренней поверхности юбки поршня. В теле теплообменника 9 расположены каналы 11 циркуляции хладагента, связанные с насосом 12, имеющим привод от вала двигателя (не показан). Оси впускных отверстий 8 могут быть сонаправлены с ребрами 10 (фиг. 1, 2). Впускные отверстия 8 в другом варианте двигателя (фиг. 3, 4) могут быть выполнены в стенке подпоршневой части цилиндра 1 и иметь оси, направленные на ребра 10 теплообменника 9. The engine comprises a cylinder with exhaust ports 2, a piston 3 with a bypass valve 4, located in the cylinder 1 and separating the cylinder volume into a working piston chamber 5 and a compressor piston chamber 6, which is limited by a piston partition 7 with inlet openings 8. In the compressor chamber 6, a finned heat exchanger 9, coaxial with cylinder 1, is placed, its ribs 10 are made along an envelope corresponding in shape to the inner surface of the piston skirt. In the body of the heat exchanger 9 are channels 11 of the circulation of the refrigerant associated with the pump 12, having a drive from the motor shaft (not shown). The axis of the inlets 8 can be aligned with the ribs 10 (Fig. 1, 2). The inlet openings 8 in another embodiment of the engine (Figs. 3, 4) can be made in the wall of the under-piston part of the cylinder 1 and have axes directed to the fins 10 of the heat exchanger 9.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

Насос 12 постоянно прокачивает хладагент по каналам 11 теплообменника, охлаждая поверхность ребер 10. В начале движения поршня 3 к верхней мертвой точке в замкнутой компрессорной камере 6 создается начальное разряжение, в результате чего открываются клапаны впускных отверстий 8 и начинает поступать свежий заряд. Потоки заряда из отверстий 8 попадают непосредственно на охлаждаемую хладагентом оребренную поверхность теплообменника 9 и проходят вдоль оребрения, эффективно охлаждаясь. Температура заряда уменьшается, плотность возрастает, в результате чего в конце впуска при подходе поршня к верхней мертвой точке в компрессорной камере 6 скапливается масса газа больше, чем у прототипа. The pump 12 constantly pumps refrigerant through the channels 11 of the heat exchanger, cooling the surface of the ribs 10. At the beginning of the movement of the piston 3 to the top dead center in the closed compressor chamber 6, an initial vacuum is created, as a result of which the valves of the inlet openings 8 open and a fresh charge begins to flow. The charge flows from the openings 8 fall directly onto the finned surface of the heat exchanger 9 cooled by the refrigerant and pass along the fins, effectively cooling. The temperature of the charge decreases, the density increases, as a result of which, at the end of the inlet, when the piston approaches the top dead center, a greater mass of gas accumulates in the compressor chamber 6 than in the prototype.

С началом рабочего хода поршня 3 впускные клапаны закрываются и в компрессорной камере 6 начинается сжатие свежего заряда при продолжающемся его охлаждении. Поскольку форма огибающей оребрения соответствует внутренней поверхности юбки поршня, движущийся к нижней мертвой точке поршень 3 передавливает заряд преимущественно в межреберное пространство теплообменника 9, где эффективность теплообмена относительно велика. При достижении в компрессорной камере 6 заданной степени сжатия открывается перепускной клапан 4 и начинается заполнение рабочей камеры 5 охлажденным зарядом, поступающим под давлением. Поток заряда повышенной плотности способствует эффективной очистке рабочей камеры 5 от отработанных газов и обеспечивает качественное наполнение цилиндра. With the beginning of the working stroke of the piston 3, the intake valves are closed and in the compressor chamber 6 compression of the fresh charge begins with its continued cooling. Since the shape of the envelope of the fins corresponds to the inner surface of the piston skirt, the piston 3 moving to the bottom dead center transfers the charge mainly to the intercostal space of the heat exchanger 9, where the heat transfer efficiency is relatively high. When reaching the specified compression ratio in the compressor chamber 6, the bypass valve 4 opens and the filling of the working chamber 5 begins with a cooled charge supplied under pressure. The charge stream of increased density contributes to the effective cleaning of the working chamber 5 from exhaust gases and ensures high-quality filling of the cylinder.

Проведенные авторами расчеты показывают, что при заявленной совокупности признаков работа сжатия в компрессорной камере уменьшается на 25%, дополнительное охлаждение воздуха (по сравнению с адиабатным процессом) составляет 20-40^оС при степени сжатия в компрессорной камере 2-4. Эффективность ребра на стадии перепуска Е = 0,9827, а на стадии сжатия Е = 0,999, т.е. практически максимальна.Calculations performed by the authors show that the combination of features stated in the compression work of the compressor chamber is reduced by 25%, the additional cooling air (compared to the adiabatic process) is 20-40 ° ^C under compression chamber in the compressor 2-4. The efficiency of the rib at the bypass stage is E = 0.9827, and at the compression stage, E = 0.999, i.e. almost maximum.

Claims

1. Two-stroke internal combustion engine, comprising at least one cylinder with exhaust ports made therein, at least one piston located in the cylinder, having a rod connected to the shaft, and dividing the cylinder into a working over-piston chamber and a compressor piston chamber, limited a piston baffle and equipped with inlet openings, and a heat exchanger located in the compressor chamber coaxially with the cylinder and having channels for the circulation of refrigerant associated with the pump, characterized in that configured finned exchanger and inlet openings directed towards the axis of the fin.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the heat exchanger fins are made in an envelope corresponding in shape to the internal surface of the piston.

3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the inlets are made in the cylinder.

4. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the axes of the inlet openings are aligned with the fins of the heat exchanger.

5. The engine according to claims 1 to 4, characterized in that the pump drive is connected to the shaft.