CS277623B6

CS277623B6 - Two-stroke engine with swinging pistons

Info

Publication number: CS277623B6
Application number: CS901560A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Knob
Original assignee: Vaclav Knob
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1993-03-17
Also published as: CS156090A3

Abstract

U tohoto dvoudobého spalovacího motoru jsou dva protilehlé písty (3, 4) pevně spojeny prostřednictvím čepů (12, 13), které procházejí stěnou anuloidové komory (1, 2), s pákami (7) umístěnými po stranách anuloidové komory (1, 2) a uloženými v ose anuloidu na dalším čepu (14). Další dva protilehlé písty (5, 6) Jsou pevně spojeny prostřednictvím čepů (12,13) a dalších pák (8) umístěných také po stranách anuloidové komory (1, 2) a uložených na dalším čepu (14). Páky (7) jsou vně anuloidové komory (1,2) spojeny spojovacím čepem (15) s ojnicí (9) a další páky (8) jsou spojeny s další ojnicí (10). Obě ojnice (9, 10) jsou spojeny s klikovým hřídelem (11), který je uložen pod anuloldovou komorou (1, 2) a mezi jehož klikovými čepy je úhel 90° ± fí. Plnicí kanály (16) a výfukové kanály (17) Jsou ve stěnách pracovních prostorů vytvořených mezi všemi písty (3, 4, 5, 6) uvnitř anuloidové komory (1,2)In this two-stroke internal combustion engine, two opposing pistons (3, 4) are firmly connected by means of pins (12, 13) that pass through the wall of the annular chamber (1, 2), with levers (7) located on the sides of the annular chamber (1, 2) and mounted in the axis of the annulus on another pin (14). Another two opposing pistons (5, 6) are firmly connected by means of pins (12,13) and other levers (8) also located on the sides of the annular chamber (1, 2) and mounted on another pin (14). The levers (7) are connected outside the annular chamber (1, 2) by a connecting pin (15) to the connecting rod (9) and the other levers (8) are connected to another connecting rod (10). Both connecting rods (9, 10) are connected to the crankshaft (11), which is located under the annular chamber (1, 2) and between whose crank pins there is an angle of 90° ± φ. The filling channels (16) and exhaust channels (17) are in the walls of the working spaces formed between all the pistons (3, 4, 5, 6) inside the annular chamber (1, 2)

Description

Vynález se týká dvoudobého spalovacího motoru s kývavými písty, u něhož je řešen problém přenosu síly z pístů.The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons, in which the problem of power transmission from the pistons is solved.

Dřívější navržené konstrukce dvoudobých motorů s kývavými písty nepřinesly dostatek výhod a perspektiv, které by je přivedly do praxe. Dvoudobé motory se čtyřmi kývavými písty v anuloidu s těsněním pouze pístními kroužky mají písty nasunuty a upevněny na ramenech vycházejících z hřídelů uložených ve středu anuloidu. Výřezy pro tyto ramena výrazně omezují úhel kývání pístů. Tím nutí k použití většího průměru anuloidu na daný objem motoru. Konstrukční řešení je náročné. Několikanásobné uložení hřídelů s pákami působícími na klikový mechanismus zvyšuje rozměry, hmotnost a mechanické ztráty motoru. Jiná konstrukční řešení, například s ozubenými koly nebo kombinace klikového mechanismu s ozubenými koly nejsou v praxi také výhodná.Previously proposed designs of two-stroke engines with oscillating pistons did not bring enough advantages and perspectives to put them into practice. Two-stroke engines with four oscillating pistons in the annulus with a piston ring seal only have the pistons slid and mounted on arms extending from shafts mounted in the center of the annulus. The cutouts for these arms significantly limit the swing angle of the pistons. This forces the use of a larger annulus diameter for a given engine capacity. The design solution is demanding. Multiple bearings with levers acting on the crank mechanism increase the dimensions, weight and mechanical losses of the engine. Other design solutions, for example with gears or a combination of a crank mechanism with gears, are also not advantageous in practice.

Uvedené nedostatky odstraňuje dvoudobý spalovací motor s kývavými písty, sestávající z komory tvaru anuloidu, v níž jsou umístěny dva páry kývavých pístů, které jsou spojené prostřednictvím pák se dvěmi ojnicemi, uloženými na klikovém hřídeli, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že dva protilehlé písty jsou pevně spojeny prostřednictvím čepů, které procházejí stěnou anuloidové komory, s pákami, umístěnými po stranách anuloidové komory a uloženými v ose anuloidu na dalším čepu, a další dva protilehlé písty jsou pevně spojeny prostřednictvím čepů a dalších pák, umístěných také po stranách anuloidové komory a uložených na dalším čepu, přičemž páky jsou vně anuloidové komory spojeny spojovacím čepem s ojnicí a další páky jsou spojeny s další ojnicí a obě ojnice jsou spojeny s klikovým hřídelem, který je uložen pod anuloidovou komorou a mezi jehož klikovými čepy je úhel 90° ± f , a plnicí kanály a výfukové kanály jsou ve stěnách pracovních prostorů vytvořených mezi všemi písty uvnitř anuloidové komory.These shortcomings are eliminated by a two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons, consisting of an annulus-shaped chamber in which two pairs of oscillating pistons are arranged, which are connected by means of levers with two connecting rods mounted on a crankshaft according to the invention. Its essence is that the two opposite pistons are firmly connected by means of pins which pass through the wall of the annulus chamber with levers located on the sides of the annulus chamber and mounted in the axis of the annulus on the other pin, and the other two opposite pistons are firmly connected by means of the pins and further levers, also located on the sides of the annulus chamber and mounted on another pin, the levers being connected outside the annulus chamber by a connecting pin to the connecting rod and the other levers connected to the other connecting rod and both connecting rods being connected to a crankshaft which is mounted below the annulus chamber and between whose crankpins the angle is 90 ° ± f, and the filling passages and exhaust passages are in the walls of the working spaces formed between all the pistons inside the annulus chamber.

U motoru bez plnicího dmychadla je možné, aby dva pracovní prostory .mezi písty tvořily dmychadlo.In the case of an engine without a charge blower, it is possible for the two working spaces between the pistons to form a blower.

Oproti dřívějším konstrukcím dvoudobých motorů se čtyřmi kývavými písty v anuloidu má dvoudobý spalovací motor podle vynálezu kratší jednodušší přenos síly z pístů na klikový hřídel. Vyvedení čepů z pístů stěnou anuloidu umožňuje větší průměr pístů vůči průměru anuloidu, a tím i zmenšení rozměrů a hmotnosti motoru stejného objemu, při zachování jednoduchosti utěsnění prostoru válce jen pístními kroužky. Dále je relativně příznivě namáhán klikový mechanismus, protože ojnice působí přibližně na dvojnásobném poloměru páky než tlakové síly na písty. Setrvačné síly na ojnici se drží také v rozumných mezích díky malému zdvihu pístů a redukování setrvačných hmot na poloměr umístění ojničního čepu na páce.Compared to previous designs of two-stroke engines with four oscillating pistons in the annulus, the two-stroke internal combustion engine according to the invention has a shorter simpler power transmission from the pistons to the crankshaft. The removal of the pins from the pistons through the wall of the annulus allows a larger diameter of the pistons relative to the diameter of the annulus, and thus a reduction in the dimensions and weight of the engine of the same volume, while maintaining the simplicity of sealing the cylinder space only with piston rings. Furthermore, the crank mechanism is relatively favorably stressed because the connecting rod acts on approximately twice the radius of the lever than the compressive forces on the pistons. The inertial forces on the connecting rod are also kept within reasonable limits due to the small stroke of the pistons and the reduction of inertial masses to the radius of the connecting rod pin on the lever.

Další výhodnou vlastností motoru je to, že rozvodová data s výhodným uzavřením výfuku před uzavřením plnicích kanálů umožňují dobré naplnění nebo i přeplňování. Výhodná je i dobrá vyvážitelnost. Silově lze dokonale vyvážit zvlášť rotační a zvlášť kývavé hmoty. Nevyvážen zůstane jen rozdíl setrvačných momentů kývavých hmot. Je způsoben fázovým posunem pohybu dvojic kývavýchAnother advantageous feature of the engine is that the distribution data with the advantageous closing of the exhaust before the closing of the filling channels allows a good filling or even supercharging. Good balance is also advantageous. Separately rotating and particularly oscillating masses can be perfectly balanced by force. Only the difference between the inertia moments of the oscillating masses remains unbalanced. It is caused by a phase shift of the oscillating pairs

CS 277623 B6 2.CS 277623 B6 2.

pístů, který je nutný pro vhodné časování rozvodu. Tento rozdíl setrvačných momentů má však opačný smysl než moment působící na motor při spalování, takže může přispět k tlumení torzních kmitů. Písty nejsou vedeny stěnou anuloidové komory a nepřenášejí do ní žádné síly. Proto nemusí být písty mazány. Je potřeba řešit jen přimazávání pístních kroužků. Tento motor s plnicím dmychadlem a vstřikováním paliva při dobrém konstrukčním provedení by měl mít velmi dobré výkonové, hmotnostní parametry a srovnatelnou měrnou spotřebu paliva, perspektivně i oleje, s menšími čtyřdobými motory.pistons, which is necessary for proper timing of the distribution. However, this difference in inertia torques has the opposite meaning to the torque acting on the engine during combustion, so that it can contribute to the damping of torsional vibrations. The pistons are not guided by the wall of the annulus chamber and do not transmit any forces to it. Therefore, the pistons do not have to be lubricated. It is only necessary to solve the lubrication of the piston rings. This engine with a supercharger and fuel injection in a good design should have very good performance, weight parameters and comparable specific fuel consumption, prospectively oil, with smaller four-stroke engines.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise příkladu jeho provedení podle připojených výkresů, kde obr. 1 znázorňuje schematicky v řezu v náryse a obr. 2 v řezu v bokoryse dvoudobý spalovací motor s kývavými písty podle vynálezu.The invention and its effects are explained in more detail in the description of an exemplary embodiment thereof according to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows schematically in sectional view and Fig. 2 in cross-section in side view a two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons according to the invention.

Dvoudobý motor podle vynálezu sestává ze dvou částí anuloidové komory 1 a 2, v níž jsou uloženy čtyři písty 2/4, 5a 6. Dva protilehlé písty 3a 4 jsou pevně spojeny pomocí čepů 12 a 13 s pákami 7, které jsou umístěny po stranách anuloidové komory 1 a2 a otočně uloženy v ose anuloidu na dalším čepu 14. Další dva protilehlé písty 5a 6 jsou pevně spojeny pomocí čepů 12 a 13 s dalšími pákami 8., které jsou také umístěny po stranách anuloidové komory 1 a 2 a uloženy na dalším čepu 14. Pod anuloidovou komorou 1 a 2 je uložen klikový hřídel 11 se dvěmi ojnicemi 9 a 10,. Oj nice 9. je spojena spojovacím čepem 15 s pákami 7 a jejich prostřednictvím s písty 2 ^a 4. Další ojnice 10 je spojena spojovacím čepem 15 s dalšími pákami 2 a jejich prostřednictvím s dalšími písty 5 a 6.· Čepy klikového hřídele 11 jsou přesazeny o úhel 90° ±/z důvodů vhodného časování rozvodu. Mezi všemi písty 2/ 4./ 5 a 6. jsou v anuloidové komoře 1 a 2 vytvořeny čtyři pracovní prostory, v jejichž stěnách jsou plnicí kanály 16 a výfukové kanály 17. Při použití plnicího dmychadla lze využít všechny čtyři pracovní prostory ke spalování, bez dmychadla lze využít jen dva a dva pracovní prostory mezi písty 2/4./ 5 a 2 slouží jako dmychadlo.The two-stroke engine according to the invention consists of two parts of the annulus chamber 1 and 2, in which four pistons 2/4, 5 and 6 are housed. The two opposite pistons 3 and 4 are firmly connected by means of pins 12 and 13 to levers 7 located on the sides of the annulus. chambers 1 and 2 and rotatably mounted in the axis of the annulus on another pin 14. The other two opposite pistons 5 and 6 are firmly connected by means of pins 12 and 13 to further levers 8, which are also located on the sides of the annulus chamber 1 and 2 and mounted on another pin. 14. A crankshaft 11 with two connecting rods 9 and 10 is placed under the annulus chamber 1 and 2. The connecting rod 9 is connected by a connecting pin 15 to the levers 7 and via them to the pistons 2 ^and 4. The further connecting rod 10 is connected by a connecting pin 15 to the other levers 2 and via them to other pistons 5 and 6. The crankshaft pins 11 are offset by an angle of 90 ° ± / for suitable timing of distribution. Between all pistons 2 / 4. / 5 and 6, four working spaces are formed in the annulus chamber 1 and 2, in the walls of which there are filling channels 16 and exhaust channels 17. When using a filling blower, all four working spaces can be used for combustion, without blowers can be used only two and two working spaces between pistons 2 / 4. / 5 and 2 serve as a blower.

Dvoudobý spalovací motor s kývavými písty v uspořádání podle vynálezu pracuje tak, že sl činnost jednoho pracovního prostoru můžeme představit jako práci jednoho válce dvoudobého motoru š protiběžnými písty plněným dmychadlem. V prostorech mezi písty 2 a 5, 4 a 2 probíhá tedy spalování a expanze. Mezi písty 4. a 5, 2 a 2 probíhá vyplachování. Tlakové síly z pístů 2 ^a 4 s pístními čepy 12 a 13 se přenášejí pomocí pák 7 přes spojovací čep 15 na ojnici 9. Síly z dalších pístů 5, 2 s pístními čepy 12 a 13 se přenášejí pomocí dalších pák 8 přes spojovací čep 15 na další ojnici 10. Ojnice 2a 10 dále působí na klikový hřídel 11, na kterém se síly z ojnic 2 a 10 mění v hnací moment. Při dalším pohybu klikové hřídele 11 se v prostorech mezi písty 2 a 2/ 4 a 5 uzavřou výfukové kanály 17, dojde k doplnění plnicími kanály 16, dále se plnicí kanály 16 uzavřou, následuje komprese, zážeh spalování, otevření výfukových kanálů 17, potom otevření plnicích kanálů 12, vyplachování a tak dále. V prostorech mezi písty 2 a 5, 2 ^a á probíhá stejný dvoudobý cyklus časově posunuty o 180° otočení klikového hřídele 11.The two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons in the arrangement according to the invention works in such a way that the operation of one working space can be presented as the operation of one cylinder of a two-stroke engine with counter-rotating pistons filled with a blower. In the spaces between the pistons 2 and 5, 4 and 2, combustion and expansion take place. Flushing takes place between pistons 4 and 5, 2 and 2. Compressive forces from pistons 2 ^and 4 with piston pins 12 and 13 are transmitted by means of levers 7 via connecting pin 15 to connecting rod 9. Forces from further pistons 5, 2 with piston pins 12 and 13 are transmitted by means of further levers 8 via connecting pin 15 to another connecting rod 10. The connecting rod 2a 10 further acts on the crankshaft 11, on which the forces from the connecting rods 2 and 10 are converted into driving torque. Upon further movement of the crankshaft 11, the exhaust ducts 17 are closed in the spaces between the pistons 2 and 2/4 and 5, the filling ducts 16 are replenished, then the filling ducts 16 are closed, followed by compression, ignition of combustion, opening of exhaust ducts 17, then opening filling channels 12, rinsing and so on. In the spaces between the pistons 2 and 5, 2 ^and á, the same two-stroke cycle takes place in a time-shifted 180 ° rotation of the crankshaft 11.

Dvoudobý spalovací motor s kývavými písty podle vynálezu je využitelný ve všech oblastech, kde se dosud používají současné dvoudobé spalovací motory. Zejména výhodná je tato konstrukce pro malé letadlové motory. Po vyřešení problému přimazávání pístních kroužků a použití nízkotlakého vstřikování paliva je možnost využití i u automobilů.The two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons according to the invention can be used in all areas where current two-stroke internal combustion engines are still used. This design is particularly advantageous for small aircraft engines. After solving the problem of lubricating the piston rings and using low-pressure fuel injection, it is also possible to use it in cars.

Claims

A two-stroke internal combustion engine with oscillating pistons, consisting of an annulus-shaped chamber in which two pairs of oscillating pistons are arranged, which are connected by levers with two connecting rods mounted on a crankshaft, characterized in that two opposite pistons (3, 4 ) are firmly connected by means of pins (12, 13) which pass through the wall of the annulus chamber (1, 2), to levers (7) located on the sides of the annulus chamber (1, 2) and mounted in the axis of the annulus on another pin (14) , and the other two opposite pistons (5, 6) are firmly connected by means of pins (12, 13) and further levers (8), also located on the sides of the annulus chamber (1, 2) and mounted on another pin (14), the levers (7) outside the annulus chamber (1, 2) they are connected by a connecting pin (15) to the connecting rod (9) and other levers (8) are connected to another connecting rod (10) and both connecting rods (9, 10) are connected to the crankshaft (11), which is placed under the annulus chamber (1, 2) and between whose crankpins is an angle of 90 '± ^, and the filling ducts (16) and the exhaust duct y (17) are in the walls of the working spaces formed between all the pistons (3, 4, 5, 6) inside