двс бесшатунный, двухтактный

Формула изобретения

1. ДВС бесшатунный, двухтактный с впрыскиванием компонентов топлива в цилиндр с регулированием и поддержанием степени сжатия горючей смеси меньше критического давления, при котором возникает детонация и инициирования детонационной вспышки заданного вида топлива с момента достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ), содержащий укрепленный на валу многолепестковый кулачок с числом лепестков, кратным трем, с профилем, очерченным для трехлепесткового кулачка, с возможностью остановки поршня на часть периода колебания как в ВМТ, так и в НМТ, на крышке камеры сгорания (КС) размещены подпружиненный управляющий поршенек с редуктором, связанным, например, через электропривод с блоком управления с соответствующими датчиками, поршенек стянут шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе, расположенной на конце вала редуктора, оппозитно расположенные цилиндры образуют ячейку в секции, поршень движется с толкателем, при этом толкатель выполнен из двух элементов, охватывающих кулачок и скрепленных между собой, между элементами толкателя на его концах размещен на оси с нелинейной жесткостью ролик, опирающийся на кулачок с заданным усилием натяга, при этом ось выполнена с возможностью увеличения ее жесткости «скачком» при заданном усилии, отличающийся тем, что продувка, дополнительный наддув в рабочий цилиндр двухтактного ДВС с заданной формой и расположением его окон осуществляются поджатым воздухом из вспомогательного цилиндра вспомогательным поршнем, движущимся синфазно с рабочим поршнем в секции и (или) из картера центробежным насосом, образованным каналами в корпусе многолепесткового кулачка, укрепленного на трубчатом валу, через который воздух засасывается в картер, степень сжатия в рабочем цилиндре регулируется подпружиненным поршеньком в зависимости от заданного режима работы в дизельном или в смешанном режиме путем сжигания компонентов горючей смеси с разными свойствами, при этом смешанный режим осуществляется путем сжатия горючей смеси в двухкамерной КС до величины, меньшей уровня возникновения детонации, но достаточной для инициирования вспышки за счет впрыска топлива с момента нахождения поршня в области ВМТ форсункой, установленной в полости КС малого объема, причем топливо, впрыскиваемое в полость малого объема, вспыхивает при меньшей температуре (давлении), чем горючая смесь в основной полости КС, а при достижении заданной скорости вала блок управления поддерживает степень сжатия горючей смеси на уровне, достаточном для инициирования детонации в основной полости КС с момента достижения поршнем ВМТ.

2. ДВС по п.1, отличающийся тем, что максимальная степень сжатия воздуха ограничивается подпружиненным поршеньком, стянутым с усилием, равным или меньше критического давления воздуха в КС, исключающего перегрев поршня в дизельном режиме, но больше усилия, создающего минимальное давление воздуха, возбуждающее вспышку-горение топлива в КС, а в смешанном режиме поршенек стянут с усилием, меньшим усилия, возникающего в момент детонации и достаточным для создания собственной частоты колебания поршенька, примерно равной или больше максимальной частоты вращения вала, причем в дизельном режиме педаль газа в том числе связана с редуктором, перемещающим поршенек в соответствии с количеством воздуха, поступающим в цилиндр при регулировании мощности двигателя.

3. ДВС по п.1, отличающийся тем, что ось выполнена в виде вала-ролика с подшипниками на концах, размещенного между элементами толкателя, выполненных в виде швеллеров, при этом нелинейная жесткость вала-ролика выполнена за счет переменного сечения вала по длине и поясами (ребрами) жесткости заданного размера, формы и количества, смыкающимися при заданных усилиях, например, в смешанном режиме следующий ряд пояса жесткости смыкается при усилии меньшем, чем усилие, возникающее в КС в момент детонации, за счет чего жесткость скачком увеличивается до значения, создающего колебания упругой системы с заданной амплитудой колебаний и собственной частотой, равной или больше максимальной частоты вращения вала.

4. ДВС по п.1, отличающийся тем, что кулачок при любом числе лепестков, кратном трем, с остановкой поршня на часть периода колебания в крайних своих положениях, выполнен по кривой, очерченной в секторе угла поворота C=180°:(n+k) по уравнению

R=r ₁+(r₁-r)sin(mA); m=(n+k),

где k - число лепестков кулачка; А - угол поворота радиус-вектора «R»; n - постоянный коэффициент, в данном случае n=3; r - минимальный радиус кулачка; r₁ - радиус точки перегиба синусоиды,

а другие участки кулачка в секторах угла поворота «С», в которых поршень удерживается в своих крайних положениях, выполнены радиусом R_max и R _min, причем угол «Е» между касательной в точке перегиба синусоиды и центральным лучом (толкателем) составляет E=arctg[2r ₁:(3+k)B], при этом В=2(r₁-r), где В - амплитуда колебания толкателя.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использован для преобразования энергии жидкого, газообразного и др. вида топлива в механическую энергию.

Известен двухтактный двигатель, содержащий поршень с головкой и юбкой, служащие для закрытия и перекрытия всасывающих, выхлопных и продувочных окон, расположенных в рабочем цилиндре и с каналами, выполненными в корпусе цилиндра, коленвал, размещенный в картере, сообщающемся с всасывающим окном в положении поршня в его В.М.Т., при котором в картер засасывается горючая смесь, а при движении поршня вниз происходит сжатие в картере, и при открытии продувочного окна, расположенного ниже выхлопного, происходит продувка и наполнение цилиндра горючей смесью с соотношением топливо-воздух, близкой к оптимальному. Причем степень сжатия горючей смеси в камере сгорания (КС) при максимальной мощности достаточно удалена от критической границы порога детонации. Ячейка состоит из цилиндра и полости картера, образующая секцию, которая должна быть изолирована от другой секции в группе. Этот тип двигателя описан в книге «Мотоциклы», автор М.М.Калинин, изд. 1988 г. Стр. 16-18, 21. Недостатки: скорость вращения вала ограничена временем сгорания горючей смеси за время нахождения поршня в области ВМТ. Воздуха недостаточно для продувки и наполнения цилиндра, особенно при больших скоростях вращения вала из-за малой степени сжатия в картере. Малый КПД и значительное загрязнение окружающей среды. Преимущество: нет клапанов в камере сжатия КС. Известны также ДВС с впрыскиванием топлива как в начале, так и в конце фазы сжатия в дизельном режиме, при котором воздух сжат до давления, вызывающего вспышку (горение) топлива и определяемого степенью сжатия для каждого вида топлива. Удаление прорвавшихся газов из картера осуществляется через маслоуловитель-сапун. Этот тип двигателя описан в книге «Устройство автомобилей», 1988 г., Ю.И.Боровских и др. стр.13-19, 55. Недостатки: невозможно соблюдение оптимального соотношения топливо-воздух во всем диапазоне нагрузок, которое соблюдается в инжекторном двигателе с устройством контроля и регулировки впрыскивания топлива, в начале фазы сжатия, в зависимости от поступления воздуха и инициировании вспышки электроискровой свечей. Затруднение запуска в холодное время года, для облегчения которого, например, подогревают топливо свечами накаливания. Малое время на равномерное смесеобразование в КС большого объема за время нахождения поршня в ВМТ обуславливает, как правило, обедненную смесь и малую скорость вращения коленвала и, следовательно, малую литровую мощность. Наддув увеличивает степень сжатия воздуха в КС, но в определенных условиях из-за увеличения поступления воздуха и увеличении давления в КС может вызвать перегрев поршня. Преимущество: высокое значение КПД, обусловленное высоким значением степени сжатия в КС, а также большой крутящий момент на валу при малых и средних скоростях вращения вала.

Известен также четырехтактный бесшатунный ДВС с регулированием степени сжатия, как ступенчато, так и плавно для поддержания степени сжатия горючей смеси с оптимальным соотношением топлива к воздуху, поступающему с наддувом с давлением достаточно близким к границе порога детонационной вспышки топлива с катализатором и разных сортов, с момента нахождения поршня в области в ВМТ. Например, магнитострикционным или электроискровым устройством, установленным в специальной полости малого объема КС с каталитическим покрытием. Причем критическое давление порога детонации, перекрываемого электроискровой свечой, удалено значительно больше, по сравнению с магнитострикционным преобразователем. Содержащийся на валу многолепестковый кулачок имеет профиль, очерченный для трехлепесткового кулачка по гармоническому закону колебаний поршня и с возможностью его остановки на часть периода колебаний как в ВМТ, так и в НМТ. Блок управления связан с соответствующими датчиками и управляющим поршеньком через, например, электропривод с редуктором находящиеся на крышке КС оппозитно расположенных цилиндров в ячейках секции. Подпружиненные поршни стянуты шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе толкателем. Толкатель выполнен из двух элементов, охватывающих кулачок и скрепленных между собой. Толкатель удерживается и перемещается (катится) по направляющим, расположенным на крышках картера, и между элементами толкателя размещен ролик с осью нелинейной жесткостью, опирающийся на кулачек с натягом с заданным усилием, а затем скачком увеличивающий жесткость до заданного значения при смыкании краев канавки (пояса жесткости) заданного размера и формы. Причем часть направляющих при сборке механизма перемещается какими-либо устройствами с заданным усилием и фиксируют толкатель с роликом в центральном положении. Таким образом создается необходимый натяг, компенсирующий неточности изготовления и износа. Этот тип двигателя описан в Российском патенте №2278282 от 2004 г., который принят за прототип. Здесь одно из преимуществ - это замена бокового трения скольжения по стенке цилиндра на трение качения в направляющих.

Недостатки этого двигателя связаны с клапанами в КС, работающими в тяжелых условиях детонации, из-за чего необходимо впрыскивать водную смесь-эмульсию с каталитическими и др. свойствами. А также увеличенная масса двух рабочих поршней с пружинами и фасонной шайбой на концах толкателя, увеличивающая динамические нагрузки, ограничивающие скорость вращения вала. К тому же при малых скоростях режим детонации не оправдан.

Техническая задача изобретения: увеличить литровую мощность, КПД, экологичность ДВС.

Указанная техническая задача достигается тем, что в ДВС бесшатунном, двухтактном с впрыскиванием компонентов топлива в цилиндр с регулированием и поддержанием степени сжатия горючей смеси меньше критического давления, при котором возникает детонация и инициирования детонационной вспышки заданного вида топлива с момента достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ), содержащем укрепленный на валу многолепестковый кулачок с числом лепестков, кратным трем, с профилем, очерченным для трехлепесткового кулачка, с возможностью остановки поршня на часть периода колебания как в ВМТ так и в НМТ, на крышке камеры сгорания размещены подпружиненный управляющий поршенек с редуктором, связанным, например, через электропривод с блоком управления с соответствующими датчиками, поршенек стянут шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе, расположенной на конце вала редуктора, оппозитно расположенные цилиндры образуют ячейку в секции, поршень движется с толкателем, при этом толкатель выполнен из двух элементов, охватывающих кулачок и скрепленных между собой, между элементами толкателя на его концах размещен на оси с нелинейной жесткостью ролик, опирающийся на кулачок с заданным усилием натяга, при этом ось выполнена с возможностью увеличения ее жесткости «скачком» при заданном усилии, согласно изобретению, продувка, дополнительный наддув в рабочий цилиндр двухтактного ДВС с заданной формой и расположением его окон, осуществляется поджатым воздухом из вспомогательного цилиндра вспомогательным поршнем, движущимся синфазно с рабочим поршнем в секции и (или) из картера центробежным насосом, образованным каналами в корпусе многолепесткового кулачка, укрепленного на трубчатом валу, через который воздух засасывается в картер, степень сжатия в рабочем цилиндре регулируется подпружиненным поршеньком в зависимости от заданного режима работы в дизельном, или в смешанном режиме путем сжигания компонентов горючей смеси с разными свойствами, при этом смешанный режим осуществляется путем сжатия горючей смеси в двухкамерной КС до величины, меньшей уровня возникновения детонации, но достаточной для инициирования вспышки за счет впрыска топлива с момента нахождения поршня в области ВМТ форсункой, установленной в полости КС малого объема, причем топливо, впрыскиваемое в полость малого объема, вспыхивает при меньшей температуре (давлении), чем горючая смесь в основной полости КС, а при достижении заданной скорости вала блок управления поддерживает степень сжатия горючей смеси на уровне, достаточном для инициирования детонации в основной полости КС с момента достижения поршнем ВМТ.

Поставленная задача достигается также тем, что максимальная степень сжатия воздуха может быть ограничена подпружиненным поршеньком, стянутым с усилием, равным или меньше критического давления воздуха в КС, исключающего перегрев поршня в дизельном режиме, но больше усилия, создающего минимальное давление воздуха, возбуждающее вспышку-горение топлива в КС, а в смешанном режиме поршенек стянут с усилием, меньшим усилия, возникающего в момент детонации и достаточным для создания собственной частоты колебания поршенька примерно равной или больше максимальной частоты вращения вала, причем в дизельном режиме педаль газа, в том числе, связана с редуктором, перемещающим поршенек в соответствии с количеством воздуха, поступающим в цилиндр при регулировании мощности двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что ось может быть выполнена в виде вала-ролика с подшипниками на концах, размещенного между элементами толкателя, выполненных в виде швеллеров, при этом нелинейная жесткость вала-ролика выполнена за счет переменного сечения вала по длине и поясами (ребрами) жесткости заданного размера, формы и количества, смыкающимися при заданных усилиях, например, в смешанном режиме следующий ряд пояса жесткости смыкается при усилии меньшем, чем усилие, возникающее в КС в момент детонации, за счет чего жесткость скачком увеличивается до значения, создающего колебания упругой системы с заданной амплитудой колебаний и собственной частотой, равной или больше максимальной частоты вращения вала.

Поставленная задача достигается также тем, что кулачок при любом числе лепестков, кратном трем, с остановкой поршня на часть периода колебания в крайних своих положениях, может быть выполнен по кривой, очерченной в секторе угла поворота C=180°:(n+k) по уравнению

R=r₁+(r ₁-r)Sin(mA); m=(n+k);

где k - число лепестков кулачка; А - угол поворота радиус-вектора «R»; n - постоянный коэффициент, в данном случае n=3, r - минимальный радиус кулачка; r ₁ - радиус точки перегиба синусоиды,

а другие участки кулачка в секторах угла поворота «С», в которых поршень удерживается в своих крайних положениях, выполнены радиусом R _max и R_min, причем угол «Е» между касательной в точке перегиба синусоиды и центральным лучом (толкателем) составляет: E=arcTg[2r₁:(3+k)B], при этом B=2(r₁-r), где В - амплитуда колебания толкателя.

По существу задача достигается путем продувки и дополнительного наддува в рабочий цилиндр двухтактного ДВС воздуха из картера центробежным насосом, образованным каналами в корпусе многолепесткового кулачка, укрепленного на трубчатом валу. Через вал воздух засасывается в картер и (или) из вспомогательного цилиндра вспомогательным поршнем, синфазно движущимся с рабочим поршнем в секции. Степень сжатия определяется количеством поступающего воздуха в рабочий цилиндр, которая регулируется в дизельном режиме педалью газа, связанной тем или иным способом с редуктором подпружиненного поршенька. Поршенек стянут шпилькой с усилием к фасонной шайбе на конце тарированного по длине вала редуктора, расположенного на крышке КС.

Смешанный режим достигается путем сжатия горючей смеси в двухкамерной КС до величины, меньшей уровня возникновения самостоятельной детонации, вплоть до максимального поступления воздуха при максимальной мощности, но достаточной для инициирования вспышки путем впрыскивания через форсунку, установленную в полости малого объема КС, сравнительно малого количества топлива, вспыхивающего при сравнительно меньшем давлении (температуре), и которое, в свою очередь, возбуждает вспышку (горение) горючей смеси в основной полости КС при относительно малой скорости. При достижении заданной скорости вращения вала блок управления увеличивает (поддерживает) степень сжатия горючей смеси на некотором удалении от критической границы давления порога детонации, перекрываемой после впрыскивания топлива и его вспышки в камере малого объема, и инициирующего детонацию в основной полости КС с момента достижения поршнем ВМТ.

Максимальная степень сжатия ограничена подпружиненным поршеньком, и давление воздуха не превышает значение, вызывающее перегрев поршня в дизельном режиме при регулировании мощности с оптимальным соотношением топливо-воздух. А при работе в смешанном режиме поршенек стянут с усилием, меньше усилия, возникающего в момент детонации, достаточного, однако, для создания частоты собственных колебаний поршенька, примерно равной или больше максимальной частоты вращения вала.

Необходимо заметить, что когда требуется больший КПД и больший крутящий момент при малых и средних скоростях вращения вала предпочтителен дизельный режим, а когда требуется большая литровая мощность - смешанный режим сжигания компонентов топливной смеси до скоростей, при котором горючая смесь успевает сгореть при постоянном объеме КС. Причем, например, в одном из вариантов низкооктановое топливо, впрыснутое в относительно малом количестве в камеру малого объема, вспыхивает и сгорает значительно быстрее по сравнению с горючей смесью в камере большего объема, и после достижения заданной скорости вала блок управления поддерживает давление в КС, достаточное для инициирования детонационного сгорания компонентов горючей смеси. В другом варианте увеличение температуры вспышки в основной полости по сравнению с полостью меньшего объема достигается путем, например, впрыскивания водной смеси-эмульсии с заданными свойствами с момента закрытия выхлопного окна, а затем вслед за ней - топлива. Причем количество водной смеси-эмульсии изменяет критическое давление, вызывающее детонацию. В рабочий цилиндр с выхлопным, продувочным и вентиляционными окнами воздух поступает из, например, оппозитно расположенного вспомогательного цилиндра большего диаметра с всасывающим и продувочным окнами, в котором воздух сжимается облегченным поршнем до давления, не меньшего давления в рабочем цилиндре в момент открытия его продувочного окна в процессе синфазного перемещения толкателей с поршнями в секции. Причем вентиляционное окно открывается при положении рабочего поршня в ВМТ, и воздух, например, из картера через вентиляционное окно поступает во всасывающее окно вспомогательного цилиндра через маслоуловитель и вводится через трубчатый вал, например, с винтообразными лопастями, через полости и каналы в корпусе многолепесткового кулачка, образующие центробежный насос внутри картера.

В некоторых случаях, когда избыточное давление воздуха в картере недопустимо, воздух может поступать во вспомогательный цилиндр через его всасывающее окно, куда могут всасываться и газы, прорвавшиеся в картер через вентиляционное окно и маслоуловитель. Может использоваться также турбонаддув. В этом случае диаметр вспомогательного цилиндра может быть уменьшен.

Максимальное облегчение движущегося толкателя с поршнями достигается путем устройства рабочего цилиндра с выхлопным и продувочным окнами. Воздух из картера, поджатый центробежным насосом, поступает непосредственно через маслоуловитель в рабочий цилиндр обычным путем. Каналы соответствующих окон выполняются в корпусах цилиндров и картера.

Давление воздуха в картере, создаваемое движущимися поршнями, зависит от соотношения диаметра оппозитно расположенных поршней и фазности движения толкателей в секции. В многоцилиндровом двигателе канал всасывания воздуха с дросселем может быть общим для всех ячеек секции, а также группы, в случае стыковки секции валами, а в плоскости стыка секции крышек картера - окнами каналов.

Необходимо заметить, что величина усиленного наддува, связанная также с величиной превышения или непревышения продувочного окна над выхлопным, определяется технико-экономическими расчетами, т.к. усиленный наддув хотя и увеличивает литровую мощность, но уменьшает КПД двигателя. При превышении продувочного окна над выхлопным возможно, установка в канал продувки клапанов, например, прямоточного клапана. Между элементами толкателя, выполненными, например, в виде швеллеров, размещен вал-ролик с подшипниками на концах и с нелинейной жесткостью, созданной путем выполнения вала с переменным сечением по длине и поясом (ребром) жесткости заданного размера, формы и их количества, смыкающийся при заданном усилии. Например, в дизельном режиме с учетом заданного усилия, необходимого для перемещения направляющих с толкателем для фиксации в центральном положении при сборке механизма с учетом требуемой жесткости при дальнейшей деформации и скачком увеличивающий жесткость до величины, обеспечивающей усилие давления воздуха в КС больше критического давления. В смешанном режиме смыкается следующий ряд при усилии, меньшем, чем усилие, возникающее в КС в момент детонации, и скачком увеличивается жесткость до значения, создающего частоту собственных колебаний упругой системы, расположенной между днищем поршня и вращающимся валом, равной или больше максимальной частоты вращения вала.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 а) и б) ячейка в секции представлена оппозитно расположенными поршнями в двух крайних положениях;

На фиг.2 изображены рабочий и вспомогательные поршни и цилиндры с окнами треугольной формы и их относительное расположение по отношению друг к другу;

На фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1;

На фиг.4 изображена фрагментарно крышка КС рабочего цилиндра с размещенным на нем подпружиненным поршеньком.

Двигатель содержит (см. фиг.1) рабочий цилиндр 1 и вспомогательный цилиндр 2 большего диаметра с окнами. В рабочем цилиндре - выхлопное окно 3, продувочное окно 4, вентиляционное окно 5. Во вспомогательном цилиндре - всасывающее окно 6, продувочное окно 7, каналы 8, которые условно изображены вне корпусов цилиндра и картера. На крышке КС рабочего цилиндра расположен подпружиненный поршенек 9 с редуктором 10, связанным с педалью газа тем или иным способом.

На фиг.2 рабочий поршень 11 находится в НМТ, а вспомогательный 12 в ВМТ. Здесь показано превышение продувочного окна 4 над выхлопным 3, которое составляет величину «h». Вентиляционное окно 5 рабочего цилиндра связано с всасывающим окном 6 вспомогательного цилиндра через маслоуловитель 13.

На фиг.3 изображен вал-ролик 14 с подшипниками 15 на концах с двухступенчатыми поясами (ребрами) жесткости, расположенный между элементами толкателя 16, скрепленными между собой шпилькой 17. Вал-ролик 14 опирается на кулачок 18, в корпусе которого выполнены полости и каналы 19. Кулачок 18 укреплен на трубчатом валу 20, проходящем через прорезь 21, выполненную в элементе толкателя 16 - швеллере. Толкатель 16 удерживается и скользит (катится) по направляющим 22, укрепленным на крышках картера. Для получения эффекта вращающейся «рессоры», диаметры проточек на валу соответствуют соотношению: d ₁<d₂, а диаметр ребер жесткости соответствует соотношению: D₁<D ₂.

на фиг.4 показан поршенек 23, стянутый шпилькой 24 с креплением к фасонной шайбе 25, укрепленной на конце тарированного по длине вала 26 редуктора 27, связанного с педалью газа.

Работает устройство следующим образом. При движении толкателя 16 вниз поджатый воздух из картера, предварительно прошедший через вентиляционное окно 5 рабочего цилиндра и маслоуловитель 13, и заполнивший вспомогательный цилиндр 2 через его всасывающее окно 6, сжимается до давления, не меньшего давления в рабочем цилиндре в момент открытия его продувочного окна 4. В момент начала открытия выхлопного окна 3 начинается продувка рабочего цилиндра сжатым воздухом через продувочное окно 7 вспомогательного цилиндра и рабочий цилиндр очищается за время нахождения поршней в своих крайних положениях при максимальной скорости вращения вала. При движении толкателя вверх начинается открытие продувочного окна 7 вспомогательного цилиндра и закрытие выхлопного окна 3 рабочего цилиндра. Причем площадь продувочного окна 4 рабочего цилиндра уменьшается с малой скоростью и в этот период времени происходит усиленное наполнение рабочего цилиндра воздухом, что способствует лучшему перемешиванию топлива с воздухом. При дальнейшем движении толкателя с поршнем воздух сжимается до требуемого давления, например, в дизельном режиме до давления в КС, вызывающего вспышку (горение) топлива, впрыснутого с момента нахождения поршня в области ВМТ. В смешанном режиме воздух сжимается до давления, меньшего уровня возникновения детонации горючей смеси, вплоть до максимальной мощности, но достаточной для инициирования вспышки в специальной полости малого объема с установленной в ней форсункой, являющийся альтернативой электроискровой свече. Через форсунку с момента нахождения поршня в области ВМТ впрыскивается под относительно большим давлением сравнительно малое количество топлива, вспыхивающего при сравнительной меньшем давлении (температуре), например низкооктановая эмульсированно-эмульгированная топливная смесь, которая, вспыхивая, в свою очередь, возбуждает вспышку (горение) горючей смеси, вспыхивающей при большем давлении (температуре) в основной полости КС, до средних скоростей вращения вала. Степень сжатия горючей смеси при этом близка к границе критического давления, но не достигает ее, и только с момента достижения заданной скорости блок управления, с учетом, например, таких факторов, как количество поступающего в данный момент воздуха и соответствующего ему топлива, зависящих от положения педалей газа, поддерживает степень сжатия горючей смеси на уровне, достаточном для инициирования детонации в основной полости КС компонентов горючей смеси, впрыснутых поочередно с момента закрытия выхлопного окна рабочего цилиндра. Степень сжатия ограничивается подпружиненным поршеньком 9 (фиг.1), или 23 (фиг.4), стянутым шпилькой с заданным усилием к фасонной шайбе 25, которая может перемещаться редуктором 10, связанным с педалью газа, например, электромеханически с заданным меняющимся коэффициентом передачи для поддержания требуемого коэффициента сжатия при работе в дизельном режиме сжигания. Причем в момент пуска в дизельном режиме на некоторое время степень сжатия плавно увеличивается, а затем возвращается в норму. Необходимо отметить, что в тех случаях, когда недопустимо повышенное давление в картере, создаваемое вращающимся кулачком 18 и для исключения попадания масла в рабочий цилиндр, воздух может поступать непосредственно во вспомогательный цилиндр через его всасывающее окно 6. Прорвавшиеся газы в картер могут удаляться через вентиляционное окно рабочего цилиндра и попадать во всасывающий канал вспомогательного цилиндра через маслоуловитель 13. Угол между касательной в точке перегиба кривой кулачка и толкателя (центральным лучом) увеличивается и приближается к 90° с увеличением размера кулачка по сравнению с длиной хода поршня. Причем в общем случае, когда коэффициент n=0, число лепестков кулачка может быть любым и любой формы при m>1. Пара сопрягающихся кулачков, например, разного диаметра, может использоваться в шестернях редуктора, а также шестеренчатого насоса. Увеличение скорости вала в дизельном режиме можно оценить из следующих соображений. Время, необходимое для сгорания горючей смеси в КС двигателя средних мощностей, составляет примерно 1 мсек (время нахождения поршня в области мертвых точек). Наименьшее время перемещения поршня от ВМТ к НМТ и обратно составит: 0,001*2=0,002 сек. Т.е. период колебания Тд=0,002+0,002=0,004 сек. Частота колебаний поршня в минуту составляет: f=60:0,004=15 тыс. При дальнейшем увеличением частоты горючая смесь не успевает сгореть при постоянном объеме КС, и в смешанно-детонационном режиме время сгорания V малого количество топлива с меньшей температурой вспышки, впрыснутого в камеру малого объема с момента нахождения поршня в области ВМТ, будет меньше, например, раза в два. Тогда период колебаний будет Тс=Тд:2<0,002 сек; а частота f>60:0,002=30 тыс. Причем вал с кулачком в три лепестка будет вращаться в три раза медленнее по-сравнению с коленвалом при тех же частотах колебания поршня. Крутящий момент на валу при этом будет в три раза больше. При инициировании вспышки электроискровой свечой в режиме детонации частоту колебания поршней можно повысить еще больше.

Вал-ролик, например с двухступенчатыми поясами (ребрами) жесткости, изображенный на фиг.4, выполняет также роль упругого элемента с заданной величиной (амплитудой) смещения, защищающий при детонации подшипники и более равномерно передающий усилие давления газов валу. В течение рабочего хода поршня эту же роль частично может выполнить упругий толкатель соответствующей формы. Таким образом достигается оптимальное соотношение топливо-воздух во всем диапазоне регулирования мощности при работе в дизельном режиме с увеличенной скоростью. А в смешанном режиме скорость вращения вала ограничена количеством воздуха, успевающего поступить в рабочий цилиндр и прочностью материала.