DWUTA
OKOWY
SILNIK SPALINOWY
1. Wprowadzenie ..................................................................... 3
2. Silniki dwutłokowe .............................................................. 3
3. Ogólna idea działania silnika dwutłokowego M4+2 ........... 5
4. Analiza działania silnika dwutłokowego M4+2 .................. 5
5. Konstrukcja silnika dwutłokowego ..................................... 10
5.1.Ogólny opis budowy silnika ......................................... 10
5.2.Konstrukcja układów tłokowo�korbowych silnika ....... 13
5.3.Konstrukcja układu wymiany ładunku .......................... 14
5.4.Opis pozostałych układów silnika ................................. 16
6. Zasada działania silnika dwutłokowego .............................. 17
6.1.Koncepcja pracy silnika ................................................ 17
6.2.Fazy pracy silnika .......................................................... 17
7. Cechy dwutłokowego silnika spalinowego .......................... 26
8. Obiegi pracy silnika dwutłokowego ..................................... 28
8.1. Analiza zmian objętości przestrzeni roboczej ............... 28
8.2. Obieg teoretyczny .......................................................... 32
8.3. Obieg porównawczy i obieg rzeczywisty ...................... 32
8.4. Wskaz
niki pracy obiegu teoretycznego ......................... 34
9. Podsumowanie i wnioski ....................................................... 34
9.1. Podsumowanie ............................................................... 34
9.2. Wnioski .......................................................................... 40
Literatura ............................................................................... 42
Ogólny opis w języku angielskim ......................................... 42
Autorzy opracowania:
dr inż. Adam Ciesiołkiewicz Piotr Mężyk
Politechnika Śląska w Gliwicach mgr inż. Mirosław Bortel
Główny autor opracowania mgr inż. Janusz Warmus
IZOLING P.W. Bytom
Gliwice � Bytom, 25.09.2002
1. WPROWADZENIE
Tłokowe silniki spalinowe są najbardziej rozpowszechnionym z
ródłem
napędu, szeroko stosowanym w różnorakich dziedzinach, głównie motoryzacji.
Zakres ich wykorzystania sprawia, iż problem zużycia paliwa oraz
zanieczyszczenia środowiska życia człowieka jest priorytetowym zagadnieniem
dla ludzkości u progu XXI wieku. Konstrukcje współczesnych silników
spalinowych, tak czterosuwowych jak i dwusuwowych, choć stale ulepszane,
cechują się nadal wieloma wadami.
Analizując własności obecnie stosowanych silników spalinowych, można
dojść do następujących wniosków:
" Poprawa napełnienia cylindra (w tym zmiana sposobu wymiany ładunku) dla
silnika dwusuwowego przyniosłaby wymierne korzyści w postaci
zwiększenia sprawności tego silnika oraz zmniejszenia zużycia paliwa;
" Odpowiednia konstrukcja układu smarowania ciśnieniowego silnika
dwusuwowego pozwoliłaby na ograniczenie emisji składników toksycznych
w gazach wylotowych;
" Wydłużenie krzywej ekspansji silnika umożliwi odebranie większej porcji
energii rozprężającego się gazu w cylindrze;
" Odpowiednio opracowana konstrukcja układu wymiany ładunku pozwoliłaby
zmniejszyć udział strat mechanicznych (tarcia i sił bezwładności elementów
układu rozrządu) w ogólnym bilansie silnika.
Konstrukcjami, w których mogą być zebrane zalety poszczególnych
rodzajów silników, są silniki dwutłokowe. Interesującą konstrukcją, zdaniem
autorów [2,6], wydaje się być silnik dwutłokowy M4+2, którego innowacyjne
rozwiązania pozwalają na osiągnięcie obiecujących wskaz
ników pracy.
2. SILNIKI DWUTA
OKOWE
Silnikiem dwutłokowym nazywa się silnik spalinowy, w którym pary
cylindrów mają wspólną komorę spalania i w każdym cylindrze poruszają się
przeciwbieżnie dwa tłoki.
Rozwiązania takie były znane już od dawna. Konstruowano je jako silniki
pracujące w cyklu dwusuwowym, w zamiarze pozbycia się wad klasycznego
silnika dwusuwowego. Dzięki zastosowaniu dwóch tłoków możliwa stała się
korzystniejsza wymiana ładunku. Jeden z tłoków odpowiedzialny jest za
sterowanie dopływem świeżej mieszanki (odsłanianie i przysłanianie okna
dolotowego), drugi zaś za sterowanie procesem usuwania spalin z cylindra
(otwieranie okna wylotowego). Poprzez odpowiednią konstrukcję układu
korbowego można osiągnąć tzw. asymetrię wymiany ładunku, co w
klasycznym, jednotłokowym silniku dwusuwowym jest niemożliwe. Schemat
dwutłokowego silnika dwusuwowego o wspólnej dla dwóch cylindrów komorze
spalania przedstawiono na rys. 2.1, natomiast rys. 2.2 obrazuje schemat
dwutłokowego silnika dwusuwowego o dwóch przeciwbieżnych tłokach w
jednym cylindrze.
Cechą charakterystyczną silników o dwóch przeciwbieżnych tłokach jest
układ pary przeciwsobnie poruszających się tłoków pracujących w jednej,
wspólnej dla nich, tulei cylindrowej. Dzięki takiej konstrukcji możliwe stało się
zastosowanie bardzo efektywnego przepłukania wzdłużnego w silnikach
dwusuwowych [3]. W silnikach tych każdy z tłoków pełni inną � równie
odpowiedzialną � rolę, tzn. steruje przysłanianiem jednego z okien:
przelotowego lub wylotowego. Typowe silniki dwutłokowe, pracujące według
zasady dwusuwowej, znalazły zastosowanie jako jednostki napędowe czołgów.
Poza tym szerzej ich nie stosowano. Silniki dwutłokowe były opracowywane
również jako czterosuwowe [4,5]. Przykład takiego silnika pracującego w cyklu
czterosuwowym [4] przedstawiono na rys. 2.3.
3. OGÓLNA IDEA DZIAA
ANIA SILNIKA DWUTA
OKOWEGO M4+2
Pomysł i idea pracy nowego silnika polega na skojarzeniu w jedną całość
silników: dwu� i czterosuwowego i wykorzystaniu ich indywidualnych zalet
[1,2]. Klasyczny silnik dwusuwowy charakteryzuje się prostą konstrukcją,
łatwym systemem wymiany ładunku i większym wskaz
nikiem mocy z jednostki
objętości, posiada jednak gorszy  w stosunku do silnika czterosuwowego 
stopień wymiany czynnika pomiędzy kolejnymi cyklami pracy, niekorzystnie
wpływający na wskaz
niki ekologiczne; natomiast minusem silnika
czterosuwowego jest rozbudowany system zaworów i fakt, że na jeden cykl
pracy przypadają dwa obroty wału korbowego, co w istotny sposób zmniejsza
wskaz
nik mocy całkowitej i jednostkowej. Jednakże silnik czterosuwowy
posiada dość istotne zalety: korzystniejsze napełnienie przestrzeni roboczej
i mniejszą szkodliwość gazów wylotowych.
Zasada pracy nowego silnika oparta jest na współdziałaniu dwóch tłoków
poruszających się przeciwbieżnie wzdłuż jednej osi i pracujących w trybach:
dwu� i czterosuwowym, przypadających na jeden cykl pracy. Pierwotna idea
działania dwutłokowego silnika spalinowego  cztero�dwusuwowego M4+2
zobrazowana została na rys. 3.1.
4. ANALIZA DZIAA
ANIA SILNIKA DWUTA
OKOWEGO M4+2
Pierwszy model silnika dwutłokowego, działający zgodnie z zasadą M4+2,
został opracowany i zbudowany w 2000 r. przez Politechnikę Śląską
w Gliwicach i firmę Diesel Service we współpracy z IZOLINGIEM.
Konstrukcja silnika oparta została o dość proste silniki składowe: motocyklowy
silnik dwusuwowy i silnik czterosuwowy z małej maszyny roboczej. Zasadę
działania tego modelu przedstawiono na rys. 4.1.
Uruchomienie i praca modelu potwierdziła zasadność pomysłu, dlatego
przeprowadzono wstępne analizy i obliczenia. Na tej podstawie wyznaczono
charakterystykę zmian objętości przestrzeni roboczej silnika (rys. 4.2).
Z charakterystyki tej wynika dość niekorzystny przebieg objętości w zakresie
Vmax,1 do Vmax,2, tworzący pętlę wymiany ładunku podobną jak w silniku
przedstawionym na rys. 2.3.
Korzystniejszą charakterystykę zmian objętości przestrzeni roboczej
uzyskano po przestawieniu biegunowym wałów korbowych obydwu części
silnika (rys. 4.3). Jednakże w dalszym ciągu występuje pętla wymiany ładunku
zobrazowana na obiegu pracy silnika (rys. 4.4). Dopiero gruntowna modyfikacja
koncepcji pracy i zasady działania silnika M4+2, pozwoliła na opracowanie
prezentowanego rozwiązania konstrukcyjnego nowego dwutłokowego silnika
spalinowego.
5. KONSTRUKCJA SILNIKA DWUTA
OKOWEGO
5.1. Ogólny opis budowy silnika
Opracowany silnik dwutłokowy składa się z dwóch modułów tłokowo�
korbowych połączonych ze sobą wspólnym pierścieniem. Jeden moduł pracuje
w cyklu dwusuwowym (na jeden obrót wału korbowego przypada jeden cykl),
a drugi w cyklu czterosuwowym (na dwa obroty wału tej części przypada jeden
cykl). Tłoki obydwu modułów poruszają się wzdłuż wspólnej osi, a obroty
wałów korbowych zsynchronizowane są przez przekładnię mechaniczną.
Silnik nie posiada klasycznej głowicy, a układ wymiany ładunku
umieszczony jest na części dwusuwowej  wylot spalin odbywa się przez okna
wylotowe, natomiast dolot świeżego czynnika sterowany jest przez zawór
obrotowy. W układzie dolotowym zainstalowana jest sprężarka mechaniczna
i przepustnica do regulacji ilości doprowadzanego czynnika do cylindra. W celu
poprawy napełnienia cylindra rozważane jest również umieszczenie w układzie
dolotowym chłodnicy sprężonego powietrza. Zasilanie paliwowe realizowane
jest na drodze wtrysku paliwa (do przewodu dolotowego lub bezpośrednio do
cylindra), a do zapłonu wykorzystuje się układ z dwiema świecami
zapłonowymi.
Smarowanie obydwu części silnika odbywa się przez osobny układ olejenia
ciśnieniowego. Istotną cechą silnika jest rozbudowany układ chłodzenia
przestrzeni roboczej. Wynika to z faktu, że obciążenia cieplne w tym silniku są
większe od obciążeń cieplnych występujących w silnikach czterosuwowych.
Odbiór mocy następuje z obydwu części silnika poprzez generatory prądu,
z których jeden jest wykorzystywany do rozruchu silnika. Sposób odbioru mocy
wskazuje, że opracowany silnik dwutłokowy najkorzystniej może być
stosowany w układach hybrydowych.
Schemat ideowy ogólnej konstrukcji dwutłokowego silnika spalinowego
przedstawiono na rys. 5.1.
5.2. Konstrukcja układów tłokowo�korbowych silnika
W opracowanym silniku w jednej osi poruszają się współliniowo dwa tłoki:
tłok główny pracuje w cyklu dwusuwowym, natomiast drugi tłok
(wspomagający, dodatkowy) pracuje w cyklu czterosuwowym. Obydwa tłoki
poprzez osobne korbowody połączone są z oddzielnymi wałami korbowymi.
Synchronizacja obrotów wałów i położeń tłoków dokonywana jest przez
przekładnię mechaniczną (łańcuchową, zębatą) łączącą te wały. Warunek
zapewnienia właściwego położenia tłoków w czasie eksploatacji wskazuje, że
korzystniejszym, ze względu na pewność działania, jest układ z łańcuchem.
Uwidocznić się to może podczas rozruchu silnika. Wał części czterosuwowej
obraca się dwukrotnie szybciej niż wał części dwusuwowej.
Istotną cechą konstrukcji silnika jest fazowe przesunięcie tłoków względem
siebie. Do tego celu służy układ zmiany biegunowego położenia wałów
korbowych wchodzący w skład przekładni synchronizującej obroty tych wałów.
W położeniu początkowym wał części czterosuwowej opóz
niony jest o 40o
w stosunku do położenia wału części dwusuwowej, a zmiana tego kąta może
być dokonywana w przedziale +/� 20o. Natomiast w położeniu neutralnym (bez
przesunięcia fazowego) tłoki obydwu części pracują na  styk  jednak dla
bezpiecznej eksploatacji przewidziano odsunięcie tłoków na odległość rzędu
0,5...1 mm.
Tłoki posiadają te same średnice. Długość tłoka części dwusuwowej jest
odpowiednia do przykrywania okien wylotowych, natomiast długość tłoka
części czterosuwowej jest stosunkowo mała. Tłok części czterosuwowej posiada
wydłużony próg ogniowy (odległość pomiędzy denkiem tłoka a pierwszym
pierścieniem) oraz odpowiednie wyżłobienia w denku (kanaliki) dla
zapewnienia zapłonu i ewentualnie wtrysku paliwa. Pierścienie tłokowe części
dwusuwowej posiadają zmienioną konstrukcję minimalizującą efekt
przedostawania się oleju do świeżego czynnika zasilającego i spalin. Skoki
tłoków obydwu części są zróżnicowane  skok tłoka części czterosuwowej
powinien być nie większy niż 0,5...0,6 skoku tłoka części dwusuwowej.
Przesunięcie fazowe tłoków wraz ze zróżnicowaniem ich skoków
powoduje uzyskanie korzystnego przebiegu zmian objętości przestrzeni
roboczej cylindra.
Cylindry obydwu modułów silnika (dwusuw, czterosuw) połączone zostały
ze sobą pierścieniem. Przestrzeń roboczą jednego złożenia cylindrowego
wyznaczają denka obydwu tłoków i wewnętrzne powierzchnie cylindrów oraz
pierścienia pośredniego. Objętość przestrzeni roboczej wynika z sumowania
objętości obydwu części silnika. Z analizy mechaniki układów tłokowo�
korbowych silnika wynika, że w zakresie zmian objętości przestrzeni roboczej
występuje objętość maksymalna i objętość minimalna (kompresyjna), jednakże
objętość maksymalna nie jest równoważna sumie objętości części dwusuwowej
i części czterosuwowej. Różnica ekstremalnych objętości przestrzeni roboczej
określa efektywną objętość skokową jednego złożenia cylindrowego, w zakresie
której realizowane są przemiany obiegu pracy silnika. Biorąc pod uwagę
możliwość regulacji położeń tłoków względem siebie, objętość ta,
w niewielkich granicach, może się zmieniać.
Wały korbowe obydwu modułów silnika ułożyskowane są w łożyskach
ślizgowych. Synchroniczne połączenie wałów korbowych, niezbędne do
właściwego funkcjonowania całego silnika, realizowane jest przez przekładnię
mechaniczną.
5.3. Konstrukcja układu wymiany ładunku
Do wymiany ładunku w przestrzeni roboczej służą okna (szczeliny)
wylotowe i okno dolotowe. Okna te znajdują się w cylindrze części
dwusuwowej silnika. Szczeliny wylotowe w kształcie okrągłym (lub zbliżonym)
posiadają niską wysokość i umiejscowione są na więcej niż połowie obwodu
cylindra w końcowej części skoku tłoka. Odsłaniania i przymykania szczelin
wylotowych dokonuje tłok części dwusuwowej.
Okno dolotowe usytuowane jest w dolnej części skoku tłoka części
dwusuwowej, nieco powyżej szczelin wylotowych, po przeciwnej stronie tych
szczelin. Okno posiada kształt eliptyczny ułatwiający nachodzenie i schodzenie
pierścieni tłokowych. Krawędzie boczne okna usytuowane są pod kątem 45o
umożliwiającym skierowanie napływu świeżego czynnika  poprawia to
przepłukanie i napełnienie cylindra.
Rozwinięcie cylindra roboczego z zaznaczeniem otworu dolotowego
i szczelin wylotowych przedstawiono na rys. 5.2.
Okno dolotowe otwierane jest przez zawór obrotowy (rotacyjny), natomiast
zamknięcia tego okna dokonuje tłok części dwusuwowej. Budowę i usytuowanie
zaworu rotacyjnego względem cylindra pokazano na rys. 5.3. Umiejscowienie
zaworu zapewnia minimalizację objętości szkodliwej powstałej w wyniku
odsłonięcia przez tłok okna dolotowego w cylindrze podczas rozprężania gazów
(przyrost objętości wynosi ok. 3 % efektywnej objętości skokowej cylindra).
Równocześnie położenie okna dolotowego poniżej połowy skoku tłoka
(początek okna w odległości 0,55S2 od górnego martwego punktu tłoka)
powoduje, że zawór dolotowy nie jest narażony na maksymalne temperatury
i maksymalne ciśnienia występujące w przestrzeni roboczej.
Podstawowym elementem zaworu jest tuleja obrotowa umieszczona
w obudowie. Tuleja prowadzona jest w łożyskach samosmarujących. W tulei
znajduje się okno przelotowe w kształcie prostokąta (prostokąta łukowego). W
momencie nachodzenia na siebie otworu przelotowego i okna dolotowego
następuje przepływ świeżego powietrza bądz
mieszanki paliwowo�powietrznej.
Do napędu zaworu rotacyjnego wykorzystana jest przekładnia mechaniczna
z paskiem zębatym. Konstrukcja i działanie zaworu dolotowego umożliwia
sterowanie początku jego otwarcia, co z kolei prowadzi do zmiany przekroju
otwarcia okna przelotowego.
Regulacje te można dokonywać poprzez zmianę położenia biegunowego
zaworu względem wału napędowego. Zawór obrotowy nie wywołuje
niezrównoważonych sił bezwładności, a więc nie wymaga stosowania docisków
sprężynowych, stąd moc napędu zaworu jest stosunkowo mała.
5.4. Opis pozostałych układów silnika
Zasilanie paliwowe oparte jest na systemie wtrysku paliwa  rozpatrywany
jest układ bezpośredniego wtrysku paliwa do cylindra oraz układ wtrysku
paliwa do przewodu dolotowego. Powietrze zasysane jest z otoczenia i w
dmuchawie (sprężarce) następuje podwyższenie ciśnienia tego powietrza do
odpowiedniej wartości. W celu zwiększenia prędkości obrotowej napęd
sprężarki odbywa się z wału części czterosuwowej i całkowite przełożenie w
stosunku do wału części dwusuwowej wynosi 6:1. Obniżenie temperatury
sprężonego powietrza odbywać się może w chłodnicy, ale ewentualna celowość
zastosowania chłodnicy zostanie określona podczas badań silnika. Do regulacji
ilości dostarczanego powietrza służy specjalna przepustnica stożkowa.
Elektroniczny zapłon realizowany jest przez układ z dwiema świecami
zapłonowymi z wykorzystaniem czujnika położenia wału korbowego.
Rozpatrywane jest również centralne usytuowanie świecy zapłonowej w części
czołowej denka tłoka dwusuwu.
Smarowanie elementów obydwu części silnika odbywa się przez osobny
ciśnieniowy układ olejenia. Do tego celu służy zewnętrzna pompa olejowa,
która napędzana jest od wału korbowego części dwusuwowej.
Ważnym układem silnika dwutłokowego jest układ chłodzenia.
W opracowanym silniku obciążenie cieplne tłoków i tulei cylindrowej będą
większe niż dla porównywalnego silnika czterosuwowego. Układ ten wymaga
szczegółowego dopracowania wynikającego głównie z modelowania procesu
spalania i wymiany ciepła. Zwiększenie ciepła odprowadzanego do czynnika
chłodzącego w silniku dwutłokowym jest rekompensowane zmniejszeniem
entalpii spalin. Wynika to z faktu, że w silniku uzyskuje się efekt przedłużonej
ekspansji gazów i stąd temperatura spalin wylotowych jest odpowiednio
mniejsza. Dlatego przewiduje się, że w ogólnym bilansie sprawność efektywna
silnika będzie korzystna.
Spaliny przez szczeliny wylotowe dostają się do dyfuzyjnego kolektora
wylotowego, który stanowi kanał wokół tych szczelin. Dalej spaliny
odprowadzane są do tłumika, którego dobór nastąpi podczas badań silnika.
Moc na zewnątrz przenoszona jest przez dwa wały korbowe.
Najkorzystniejszym sposobem odbioru mocy na zewnątrz są generatory
(prądnice) prądu. Jeden z tych generatorów może być wykorzystany do
uruchamiania silnika. Należy podkreślić, że opracowany silnik wymaga wyższej
prędkości rozruchu w stosunku do tradycyjnych silników spalinowych. Główny
wpływ na to wywiera zapewnienie dolotu świeżego czynnika pod pewnym
nadciśnieniem, wymuszające konieczność wykorzystania sprężarki w całym
polu pracy silnika, a więc także dla biegu jałowego.
6. ZASADA DZIAA
ANIA SILNIKA DWUTA
OKOWEGO
6.1. Koncepcja pracy silnika
Działanie nowego silnika, w dużym przybliżeniu, oparte jest na zasadzie
pracy silnika dwusuwowego. W silniku dwusuwowym występuje ograniczone
wykorzystanie krzywej rozprężania (ekspansji) gazów będące wynikiem
otwarcia okna wylotowego i następnie okna przelotowego świeżego ładunku.
Otwarcia tych okien, niezbędne do funkcjonowania silnika dwusuwowego, przy
ekspansji czynnika powodują nagły spadek ciśnienia prowadzący do powstania
pętli na krzywej ciśnienia (rys. 6.0). Również przepłukanie i napełnienie
przestrzeni roboczej jest ograniczone, gdyż okno przelotowe zamykane jest
szybciej niż okno wylotowe.
W silniku dwutłokowym proces wylotu spalin z przestrzeni roboczej
następuje przez okna (szczeliny) wylotowe. Różnica polega na skróceniu
wysokości tych okien i umieszczeniu ich na większej części obwodu cylindra
części dwusuwowej (ponad połowa obwodu). Natomiast dolot świeżego
czynnika (powietrza) odbywa się przy pewnym nadciśnieniu i występuje
rozdzielenie fazy przepłukania cylindra i fazy właściwego napełnienia
przestrzeni roboczej. Dolot mieszanki paliwowo�powietrznej (lub powietrza)
sterowany jest za pomocą rotacyjnego zaworu obrotowego. Wymianę ładunku
wspomaga tłok części czterosuwowej  w pewnym sensie tłok ten przejął rolę
dynamicznego układu wspomagającego.
Zmieniony sposób wymiany ładunku posiada następujące zalety:
� wzrost współczynnika napełnienia cylindra,
� dobre przepłukanie cylindra umożliwiające uzyskanie składu spalin
porównywalnego do klasycznego silnika czterosuwowego,
� możliwość wpływania na wymianę ładunku poprzez sterowanie początkiem
dolotu świeżego czynnika.
Podczas pracy silnika istnieje możliwość dokonywania zmian w położeniu
tłoków względem siebie  stąd silnik zapewnia sposobność ciągłego wyboru,
optymalnego ze względu na obciążenie, stopnia sprężania.
6.2. Fazy pracy silnika
Charakterystykę zmian objętości przestrzeni roboczej cylindra i fazy pracy
silnika przedstawiono na rys. 6.1. Przebieg ten jest wynikiem sumowania
chwilowych przesunięć tłoków obydwu części silnika przy odpowiednim
zróżnicowaniu ich skoków i przedstawieniu biegunowym wałów korbowych.
Na przebieg objętości prawie żadnego wpływu nie wywierają stosunki
wykorbień (stosunek promienia wykorbienia do długości korbowodu). Drogi
tłoków i charakterystykę przebiegu objętości oraz ciśnienia w przestrzeni
roboczej cylindra dwutłokowego zobrazowano na rys. 6.2, natomiast
poszczególne fazy pracy silnika przedstawiają rys. 6.2.1 do 6.2.10.
W nowym silniku dwutłokowym proces wymiany ładunku odbywa się
tylko na krzywej kompresji czynnika i jest to istotna różnica w działaniu tego
silnika w stosunku do klasycznego silnika dwusuwowego.
Początek wylotu spalin następuje przez szczeliny wylotowe przy prawie
maksymalnej objętości przestrzeni roboczej cylindra (analogia do klasycznego
silnika czterosuwowego), a sam przebieg procesu wylotu odbywa się przy
zmniejszaniu objętości od jej wartości maksymalnej Vmax przy wspomagającym
działaniu tłoka części czterosuwowej (rys. 6.2.1).
Po minięciu przez tłok dwusuwu martwego punktu następuje odsłonięcie
okna przelotowego w zaworze obrotowym i rozpoczyna się przepływ czynnika
(powietrze, mieszanka paliwowo�powietrzna) pod pewnym nadciśnieniem
(0,2...0,5 bar). Jest to faza przepłukania cylindra, która odbywa się podczas
otwartych równocześnie szczelin wylotowych i okna dolotowego (rys. 6.2.2).
Proces ten jest zdecydowanie korzystniejszy niż w klasycznym silniku
dwusuwowym i w istotny sposób polepsza wskaz
niki ekologiczne nowego
silnika.
Właściwe napełnienie przestrzeni roboczej następuje po przysłonięciu
szczelin wylotowych przez tłok części dwusuwowej (rys. 6.2.3). Napełnianie
odbywa się przy prawie stałej objętości cylindra Vp (efekt  przesuwania się
przestrzeni roboczej), a otwarcie okna dolotowego zbliżone jest wówczas do
maksymalnego (rys. 6.2.4). Przymknięcie okna dolotowego i koniec procesu
doprowadzania świeżego czynnika do przestrzeni roboczej sterowany jest przez
tłok części dwusuwowej, natomiast zamknięcie samego okna przelotowego
w zaworze dolotowym następuje z pewnym opóz
nieniem (rys. 6.2.5).
Zaproponowany sposób działania systemu dopływu świeżego czynnika
umożliwia regulację początku otwarcia okna dolotowego poprzez zmianę
położenia biegunowego zaworu względem koła napędowego.
Po napełnieniu przestrzeni roboczej świeżym ładunkiem rozpoczyna się
sprężanie czynnika. Sprężanie odbywa się najpierw przy małej zmianie
objętości (łagodny przyrost ciśnienia), aby pod koniec tej fazy uzyskać właściwą
dynamikę (rys. 6.2.6). W trakcie pracy silnika występuje sposobność
dokonywania zmian położenia tłoków względem siebie  stwarza to możliwość
ciągłej zmiany (w pewnych granicach) stopnia sprężenia. Podczas sprężania,
w przypadku bezpośredniego wtrysku paliwa (np. dla silnika ZS pod koniec
sprężania), do cylindra doprowadzane jest paliwo.
Zapłon mieszanki paliwowo  powietrznej odbywa się przed Vmin i spalanie
posiada charakter mieszany, tzn. część paliwa wypala się izochorycznie (przy
stałej objętości  rys. 6.2.7), a druga faza spalania odbywa się izobarycznie
(przy stałym ciśnieniu  rys. 6.2.8), a więc przebieg doprowadzenia ciepła jest
korzystniejszy niż w klasycznym silniku z zapłonem iskrowym i ma to wpływ
na podwyższenie sprawności silnika, zwłaszcza w zakresie obciążeń
częściowych silnika. Przedstawiony charakter spalania wynika z tego, że
w zakresie Vmin następuje szybsza, niż w klasycznych silnikach ZI, zmiana
objętości przestrzeni roboczej cylindra. Na dwuetapowość procesu spalania
wpływ wywiera również bezpośredni wtrysk paliwa do cylindra.
Po spaleniu paliwa następuje rozprężanie gazów spalinowych w pełnym
zakresie objętości skokowej cylindra od Vmin do Vmax, a więc cała praca procesu
rozprężania gazów jest wykorzystywana bez przerwań, wynikających z otwarcia
okna wylotowego, co zasadniczo różni nowy silnik od klasycznego silnika
dwusuwowego (rys. 6.2.9 i rys. 6.2.10).
Podczas rozprężania gazów w silniku dwutłokowym występuje efekt
przedłużonej ekspansji. Powoduje to uzyskanie wysokiego stopnia rozprężania
i znacznego spadku temperatury spalin wylotowych. Powstałe w wyniku
spalania gazy równocześnie oddziaływają na denka obydwu tłoków i praca
odbierana jest z dwóch wałów korbowych. Rozdział mocy z obydwu części
silnika określa stosunek skoków tłoków  z części dwusuwowej otrzymuje się
moc dwukrotnie większą niż z części czterosuwowej, ponieważ stosunek
skoków wynosi S2:S4=2:1.
7. CECHY DWUTA
OKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO
Zaproponowany nowy dwutłokowy silnik spalinowy charakteryzuje się
następującymi cechami:
" wykorzystuje się współdziałanie dwóch tłoków przemieszczających
się współliniowo,
" sposobność zmiany położenia tłoków względem siebie (przesunięcie
fazowe) poprzez automatyczną zmianę biegunowego położenia wałów
korbowych,
" możliwość zwiększenia mocy i prędkości obrotowej silnika
(przewiduje się, że prędkość obrotowa wału korbowego części
dwusuwowej może osiągnąć wartość rzędu 6�7 tys. obr/min., a wał
części czterosuwowej  12�14 tys. obr/min.,
" polepszenie wymiany ładunku na skutek rozdzielenia fazy
przepłukania cylindra i właściwego napełnienia przestrzeni roboczej,
" polepszenie i w pewnym zakresie kształtowanie procesu spalania
w wyniku korzystnej charakterystyki zmian objętości przestrzeni
roboczej, różnicy prędkości tłoków i dynamicznego oddziaływania
tłoka czterosuwu,
" wyeliminowanie typowego układu rozrządu opartego o zestaw
zaworów grzybkowych ze sprężynami,
" możliwość sterowania fazą dolotu świeżego czynnika,
" sposobność zmiany stopnia kompresji podczas pracy stosownie do
chwilowego obciążenia silnika,
" przedłużenie ekspansji gazów i ograniczenie temperatury spalin
wylotowych,
" istotny wzrost sprawności cieplnej silnika przy nieznacznym
obniżeniu sprawności mechanicznej,
" wzrost sprawności ogólnej silnika, szczególnie w zakresie obciążeń
częściowych,
" zmniejszenie zużycia paliwa  prognoza,
" perspektywa spalania różnych paliw (np. oleje roślinne, benzyny
niskooktanowe),
" możliwość ograniczenia emisji substancji toksycznych.
8. OBIEGI PRACY SILNIKA DWUTA
OKOWEGO
8.1. Analiza zmian objętości przestrzeni roboczej cylindra
Szczegółowa analiza charakterystyki zmian objętości przestrzeni roboczej
cylindra (rys. 6.1) prowadzi do następujących konkluzji:
" W przedziale od Vmin następuje szybsza, niż w klasycznych silnikach ZI,
zmiana objętości przestrzeni roboczej cylindra (rys. 8.1, rys. 8.2) 
wpływa to na dwuetapowość procesu spalania (doprowadzania ciepła).
Część paliwa wypala się przy V=idem, a część przy p = idem.
" Przestawienie biegunowe wałów korbowych wywołuje zmiany objętości
przestrzeni roboczej podczas sprężania czynnika (rys. 8.3)  wpływa to
(w pewnych granicach) na kształtowanie przebiegu ciśnienia
w cylindrze.
" Przestawienie biegunowe wałów korbowych nie wywołuje zmian
objętości podczas ekspansji gazów (rys. 8.3)  dla różnych położeń
tłoków występuje prawie niezmienny przyrost objętości  dzięki temu
występuje równomierność przenoszenia mocy na zewnątrz.
" Efektywna objętość skokowa cylindra  jako różnica objętości:
maksymalnej i minimalnej przestrzeni roboczej  jest stała w zakresie
zmian kąta przestawienia biegunowego wałów korbowych (rys. 8.3,
rys. 8.4a).
" Występują znaczne zmiany objętości minimalnej (kompresyjnej)
i nieznaczne zmiany objętości maksymalnej w zależności od kąta
przestawienia biegunowego wałów korbowych (rys. 8.4a)  powoduje to,
że stopień sprężania może być zmieniany w granicach 6...12, a stopień
rozprężania wynosi wówczas 19...10 (rys. 8.4b).
" Objętość napełniania Vp (rys. 8.4a) jest w miarę stała, a pośredni stopień
kompresji utrzymywany jest na poziomie �p=1,5...1,85.
8.2. Obieg teoretyczny
Dla silnika dwutłokowego stworzono odpowiednie modele w zakresie
mechanicznym i termodynamicznym, co umożliwiło opracowanie koncepcji
działania i obiegów pracy. Obieg teoretyczny tego silnika bazuje na obiegu
Seiligera�Sabathe go (obieg mieszany klasycznych tłokowych silników
spalinowych) z istotną modyfikacją w zakresie sprężania czynnika. Schemat
obiegu w układzie pracy (p�V) i w układzie ciepła (T�s) przedstawiono na
rys. 8.5  uwzględniono wersję z izotermą (a) i wersję z izobarą (b) podczas
wyprowadzania ciepła.
Obieg teoretyczny silnika dwutłokowego składa się z dwóch izentrop, dwóch
izochor oraz izobary i izotermy dla wersji (a) lub dwóch izobar dla wersji (b).
Do dalszych rozważań i analiz przyjęto wersję (a).
Stan początkowy czynnika (punkt 1) określony jest przez ciśnienie pz>po,
objętość Vp i temperaturę To. Na odcinku 1�2 następuje izentropowe sprężanie
czynnika do ciśnienia p2, po czym w wyniku spalania następuje doprowadzenie
ciepła do czynnika obiegowego. Ciepło doprowadzane jest dwufazowo:
najpierw przy stałej objętości kompresyjnej V2=Vo=idem (Qdv, odcinek 2�3),
a póz
niej przy stałym ciśnieniu maksymalnym p3=pmax=idem (Qdp, odcinek 3�4).
Dwufazowe doprowadzenie ciepła do czynnika w głównej mierze wynika
z większego, w stosunku do silnika ZI, gradientu objętości przestrzeni roboczej
w zakresie objętości kompresyjnej cylindra.
W punkcie 4 czynnik osiąga maksymalną temperaturę i maksymalne
ciśnienie. Fazę pracy obrazuje izentropowe rozprężanie czynnika (4�5) od
ciśnienia pmax do ciśnienia p5. Charakterystyczną cechą obiegu silnika jest
przedłużona ekspansja czynnika powodująca znaczne obniżenie temperatury T5.
Spadek ciśnienia na odcinku 5�6 spowodowany jest izochorocznym
wyprowadzeniem ciepła (Qwv). Pewna porcja ciepła odprowadzana jest podczas
przemiany izotermicznej (6�1), przy jednoczesnym wstępnym sprężeniu
czynnika do ciśnienia pz. Efektywną objętość skokową cylindra Vs określa
różnica objętości największej i kompresyjnej Vs=Vmax�Vo.
Obieg pracy silnika umożliwia uzyskanie:
" niskiego stopnia sprężania  jego wartość zawiera się w średnim zakresie
stopni sprężania silników ZI z możliwością regulacji do wyższych
wartości,
" wysokiego stopnia ekspansji  podobna wartość jak w silnikach ZS.
8.3. Obieg porównawczy i obieg rzeczywisty
Obieg porównawczy silnika dwutłokowego różni się od obiegu
teoretycznego zmodyfikowanym przebiegiem przemian podczas
wyprowadzania ciepła i zasilania przestrzeni roboczej świeżym ładunkiem.
Wyprowadzenie ciepła od czynnika obiegowego odbywa się podczas
izochorycznego wylotu spalin (tak jak w obiegu teoretycznym) i izobarycznego
wytłaczania spalin przy pw>po. Natomiast napełnienie przestrzeni roboczej
świeżym ładunkiem następuje przy stałej objętości Vp przy równoczesnym
wzroście ciśnienia tego ładunku do pz. Wartość ciśnienia czynnika podczas
dolotu wynika z równości temperatur T6=T1. Schemat obiegu porównawczego
silnika dwutłokowego przedstawiono na rys. 8.6.
Obieg porównawczy silnika dwutłokowego można porównać z obiegiem
czterosuwowego silnika doładowanego (rys. 8.7). Jak widać, uzyskuje się
podobny charakter przemian, ale przy mniejszym ciśnieniu na końcu sprężania
i przy jednym obrocie wału korbowego na cykl pracy silnika. Na tej podstawie
można stwierdzić, że obieg porównawczy silnika dwutłokowego wykorzystuje
zalety obiegu Millera i obiegu silnika Stirlinga. Schemat prognozowanego
rzeczywistego obiegu dwutłokowego silnika spalinowego przedstawiono na
rys.8.8.
8.4. Wskaz
niki pracy obiegu teoretycznego
Wśród wskaz
ników pracy silnika dwutłokowego wyróżniono:
� sprawność teoretyczną �t,
� średnie ciśnienie teoretyczne pt,
� moc jednostkową Nt/Vs.
Wskaz
niki te zależą od parametrów obiegu, w tym od przyjętego zakresu
temperatur i od objętości pośredniej Vp. W wyniku przeprowadzonych obliczeń
stwierdzono, że występuje niewielki przyrost sprawności teoretycznej (rys. 8.9)
i nieco większy wzrost średniego ciśnienia teoretycznego (do 30 % � rys. 8.10).
Podstawowa, bardzo korzystną, cechą silnika jest duża wartość wskaz
nika mocy
jednostkowej, przewyższająca dotychczas spotykane wartości. Z obliczeń
wynika, że nowy silnik może osiągnąć ponad 100 kW (nawet do 120 kW)
z
1 litra objętości skokowej.
Analiza wskaz
ników silnika dwutłokowego wykazuje, że nowy silnik
pozwala lepiej wykorzystać energię zawartą w paliwie. Osiąga on wyższe
wartości wskaz
ników porównawczych niż klasyczne, czterosuwowe
i dwusuwowe, silniki spalinowe o takiej samej objętości skokowej.
Rozprężanie ładunku pomiędzy dwoma tłokami ma tę zaletę, że wyraz
nie
zmniejsza naprężenia działające w układzie korbowym dzięki temu, że szczyt
ciśnienia w cylindrze występuje w momencie, gdy wykorbienie wału części
czterosuwowej jest odchylone o pewien kąt od osi cylindra.
9. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
9.1. Podsumowanie
Nowy silnik pracuje według zmodyfikowanej zasady działania silnika
dwusuwowego. W silniku tym udało się praktycznie wyeliminować, zawsze
zachodzące w klasycznych dwusuwach, zjawisko nagłego spadku ciśnienia w
cylindrze na skutek wczesnego odsłonięcia przez tłok okna wylotowego, co
powoduje dużą stratę energii nie rozprężonych dostatecznie spalin. W nowym
silniku następuje efektywne wykorzystanie adiabaty rozprężania gazów
pomiędzy dwoma tłokami  w momencie odsłonięcia przez tłok okna
wylotowego nadciśnienie spalin jest już niewielkie. Jednocześnie moment
wymiany ładunku opóz
niony jest znacznie w stosunku do klasycznego silnika
dwusuwowego (wczesne odsłonięcie okna wylotowego ma związek
z efektywnością procesu wymiany ładunku) i zachodzi w całości na krzywej
kompresji przy niewielkim nadciśnieniu ładowanego czynnika. Nadciśnienie to
wywołane przez sprężarkę (dmuchawę), ma pozytywny wpływ na doskonałość
procesu przepłukania cylindra. Można powiedzieć, że proces wymiany ładunku
jest  ukryty i nie powoduje ograniczenia mocy silnika.
W proponowanym silniku występuje korzystny przebieg zmian objętości
przestrzeni roboczej cylindra. Pozwala to na osiągnięcie takich warunków
spalania, które umożliwiają pracę silnika z niskim stopniem kompresji podczas
sprężania czynnika w cylindrze, przy jednocześnie dużym stopniu ekspansji.
Właściwość ta umożliwia wykorzystanie paliw o małej liczbie oktanowej,
a płynna zmiana przestawienia biegunowego wałów korbowych może
prowadzić do regulowania (automatycznego wyboru) stopnia kompresji,
właściwego dla obciążeń częściowych silnika i lepszych paliw.
W celu poprawy parametrów pracy i wskaz
ników ekologicznych, zakładane
jest zastosowanie zaawansowanego, zintegrowanego układu wtryskowo�
zapłonowego z elektronicznym sterowaniem.
Spostrzeżenia dotyczące nowego silnika są optymistyczne, ale należy
pamiętać, że opierają się na obliczeniach teoretycznych. Nie uwzględniają np.
strat mechanicznych, jakie pojawią się w elementach tego silnika.
Wprowadzenie dodatkowego układu korbowego spowoduje ponadto wzrost
masy (pomimo nawet ograniczenia do minimum układu rozrządu) i wymiarów
jednostki napędowej. Nie udało się też wyeliminować całkowicie układu
rozrządu, zastąpił go zawór obrotowy o zdecydowanie mniejszych oporach
ruchu. Zapotrzebowanie na świeży ładunek o zwiększonym ciśnieniu wymusza
zastosowanie sprężarki  dmuchawy ładującej, która napędzana od wału
korbowego również pobierać będzie pewną część mocy produkowanej przez
silnik. Zastosowanie turbosprężarki nie jest tu możliwe, gdyż nie zapewnia ona
stałego nadciśnienia, w dodatku wzrastającego liniowo wraz ze wzrostem
prędkości obrotowej wału korbowego.
Jednakże dzięki swoim cechom opracowany silnik dwutłokowy może być
zdolny do uzyskania wyższych wskaz
ników sprawności oraz wyższych mocy
niż klasyczne silniki dwusuwowe. W porównaniu do silników czterosuwowych,
w których na jeden cykl pracy przypadają dwa obroty wału korbowego, przyrost
mocy jest ponad dwukrotnie większy dla tej samej pojemności skokowej silnika.
Szczegółowa weryfikacja wskaz
ników pracy nowego silnika może być
dokonana dopiero po przeprowadzeniu badań na obecnie wykonywanym
modelu funkcjonalnym. Wykonawcą prototypu jest firma GODULA MOTO
SPORT  Staniątki k/Krakowa. Natomiast pierwszy model, wykonany w
Politechnice Śląskiej w Gliwicach we współpracy z firmą Diesel Service,
potwierdził słuszność idei silnika i umożliwił opracowanie udoskonalonej wersji
silnika dwutłokowego.
Z powyższą konstrukcją wiąże się nadzieje na zbudowanie nowoczesnego
silnika o wysokich osiągach i niskim zużyciu paliwa. Osiągnięcie
zadowalającego kompromisu w tej kwestii wydaje się być bliższe realizacji
dzięki właśnie tej konstrukcji. Mimo, że wszelkie dotychczasowe próby
rozpowszechnienia silników dwutłokowych nie zakończyły się pełnym
wykorzystaniem ich zalet, to proponowany silnik może stanowić pewien krok
w rozwoju tłokowych silników spalinowych.
9.2. Wnioski
" Przedstawiony silnik spalinowy jest silnikiem dwutłokowym i pracuje
według zmienionej zasady działania silników tłokowych. Jest to
zmodyfikowana zasada działania silnika dwusuwowego ze wspomagającym,
dynamicznym oddziaływaniem tłoka części czterosuwowej.
" Przesunięcie fazowe tłoków i odpowiedni dobór skoku tłoka części
czterosuwowej umożliwia realizację zmodyfikowanej idei pracy silnika.
Skok tłoka czterosuwu powinien wynosić ok. 0,5...0,6 skoku tłoka dwusuwu,
natomiast przesunięcie biegunowe wałów korbowych obu modułów silnika
ą
wynosi  400 200 w stosunku do kąta obrotu wału części dwusuwowej.
" Wymiana ładunku odbywa się tylko podczas zmniejszania objętości
przestrzeni roboczej (tzw.  ukryty proces wymiany na krzywej kompresji
czynnika) i występuje wyraz
ne rozdzielenie fazy przepłukania i fazy
właściwego napełnienia. Napełnienie świeżym czynnikiem odbywa się pod
nadciśnieniem (ok. 0,2...0,5 bar) przy prawie stałej objętości przestrzeni
roboczej cylindra. Działanie silnika w całym polu pracy wymusza
konieczność stosowania sprężarki mechanicznej.
" Zaletami zmienionego sposobu wymiany ładunku jest:
� wzrost współczynnika napełnienia cylindra,
� dobre przepłukanie cylindra umożliwiające uzyskanie składu spalin
porównywalnego z klasycznym silnikiem czterosuwowym,
� możliwość wpływania na wymianę ładunku przez sterowanie
początkiem dolotu świeżego ładunku.
" Charakterystycznymi cechami silnika są:
� przedłużona ekspansja gazów,
� zmienność stosunku kompresji podczas sprężania czynnika (od
wartości niskich rzędu 6...7 do wartości wysokich  ponad 12),
� korzystny przebieg zmian objętości przestrzeni roboczej podczas
sprężania czynnika przy różnym przestawieniu biegunowym wałów
korbowych  umożliwia to (w pewnych granicach) kształtowanie
ciśnienia w cylindrze,
� prawie niezmienny przyrost objętości podczas ekspansji czynnika
przy różnych położeniach tłoków  wpływa to na równomierność
przenoszenia mocy na zewnątrz,
� objętość skokowa cylindra jest stała niezależnie od zmian kąta
przestawienia biegunowego wałów korbowych.
" Z obliczeń wynika, że nowy silnik posiada korzystniejsze parametry
i wskaz
niki pracy:
� nieco większa sprawność  charakterystyka sprawności może być
bardzo korzystna dla obciążeń częściowych,
� większy moment obrotowy  średnie ciśnienie teoretyczne
i zdecydowanie większa moc w stosunku do porównywalnego
silnika ZI o tej samej objętości skokowej.
" Właściwości silnika i możliwość zmiany stosunku kompresji podczas
normalnej pracy prognozują sposobność spalania w nim różnych paliw.
" Obecnie wykonywany jest model funkcjonalny, który po przebadaniu
potwierdzi zapewne dość optymistyczne wnioski przedstawione wyżej.
LITERATURA
[1] Mężyk P.: Silnik spalinowy. Zgłoszenie patentowe nr P�335854 z 05.10.1999. Urząd
Patentowy RP, Warszawa 1999.
[2] Ciesiołkiewicz A., Mężyk P.: Dwutłokowy silnik spalinowy. Zgłoszenie patentowe
nr P�350472 z 06.11.2001. Urząd Patentowy RP, Warszawa 2001.
[3] Rychter T.: Tajniki silników dwusuwowych. WKiA
, Warszawa 1980.
[4] Świerczek J.: Silnik spalinowy. Patent nr 50277, Warszawa 1966.
[5] Gumuła S., Kaiser H.: Nowa koncepcja bezzaworowego silnika spalinowego. Konferencja
Motoryzacyjna KONMOT 96, Kraków 1996.
[6] Ciesiołkiewicz A., Mężyk P.: Silnik dwutłokowy. Zgłoszenie patentowe nr P�355931
z 11.09.2002. Urząd Patentowy RP, Warszawa 2002.
[7] Ciesiołkiewicz A., Mężyk P.: Dwutłokowy silnik spalinowy. Międzynarodowa Konferencja
Silników Spalinowych KONES 2002, Gdańsk � Jurata 2002.
[8] Ciesiołkiewicz A.: Obiegi pracy dwutłokowego silnika spalinowego. Międzynarodowa
Konferencja Silników Spalinowych KONES 2002, Gdańsk  Jurata 2002.
DOUBLE PISTONS INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Description
The new conception of combustion engine is based on the combination of two engines. It
makes use of both two� and four�stroke engine. The two�stroke combustion engine is
characterised by a simple construction and system of air load change as well as bigger index of
power output. Unfortunately, its filling ratio is worse than in four�stroke engine. The ecological
index of two�stroke engine is also unfavourable. The system of valves of the four�stroke engine
is its disadvantage. The cylinders of both modules of double pistons engine have been joined
along one axis with common cylinder head � in the form of the ring. The pistons are moved
with different speed and with appropriate stage displacement. There are two crankshafts, which
are connected with special transmission in shown solution. The four�stroke crankshaft is rotated
with twice a speed of two�stroke crankshaft. The engine is named double pistons because of its
construction � double pistons and crankshafts.
The double pistons combustion engine s work is based on the co�operation of both modules.
The air load change takes place in two�stroke engine. The piston of four�stroke engine is
exchange aiding system which improves air load change. It works as a system of valves. The
cylinder is filled with air or with air�fuel mixture. Filling proces takes place at overpressure by
the slide inlet system. The exhaust gases are removed as in the classical two�stroke engine (by
exhaust s windows in cylinder). The fuel is supplied into the cylinder by fuel injection system.
The ignition is realised by two spark plugs. The effective power output of the double pistons
engine is transfered by two crankshafts. The characteristic feature of this engine is an
opportunity of continuous change of cubic capacity and compression rate during engine work
by changing the piston s location. The mathematical models (mechanical and termodynamical)
were meant for double pistons engines which make ableenable to draw up new theoretical
thermodynamic cycle for internal combustion double pistons engine.
Double  pistons IC engine features
1. The presented IC engine is a double  pistons engine, where the cooperation of two coaxial
pistons is used.
One piston works in a four  stroke cycle and the second one in the two  stroke cycle.
2. The engine s work is based on the modified operation of the two  stroke
engine that is cooperating of four  stroke engine piston. Exhaust gases are thrown out through
exhaust s ports. The rotary valve controls the supply of the fresh air  fuel mixture.
3. The modified operation of engine s work
is realized as a result of:
� the quotient of pistons strokes (k=S4/S2 " (�, 1))
� the possibility of changing relative piston s position during the engine s work via
automatic change of crankshaft s polar position (ą=40�ą20�)
4. When the volume of workspace decreases the charge exchange is beginning (this process
called  hidden process of charge exchange on compression stage). There is a clear separation
of scavenging phase and relative filling phase. The fresh air filling appears with overpressure
(about 0,2 & 0,5 bar). Than the volume of cylinder s workspace is almost constant. The
engine s work at the whole working field requires using a mechanic compressor.
Advantages of the modified charge exchanges are:
� an increase of cylinder filling s coefficient,
� an appropriate cylinder s scavenging (the composition of exhaust gas is compared to a
typical four  stroke engine),
� the possibility of influencing the charge s exchange via steering initial inlet of the fresh
mixture.
5. The engines is characterized by:
� lingered gas s expansion and limitation of the exhaust gas s temperature on the outlet,
� the variability of the compression ratio (from the low order of 6& 7 to the high order of
over 12),
� possibility of changing the compression ratio during the engine s work depending on
the temporary load,
� a beneficial changing of workspace during the mixture s compression with different
polar position of crankshaft,
� an almost constant increase of volume during the expansion stage at different piston s
position,
� the displacement volume is constant  independent of polar angles of the crankshaft
changing.
6. Based on calculation the new engine has more favorable parameters and work s indicators:
� the increase of engine thermal efficiency (the mechanical efficiency is a little
decreasing),
� a little higher total efficiency (efficiency characteristic is more favorable with medium
load),
� a higher torque and the higher power output (compared to the SI engine).
7. The property of engine gives possibility to burn different fuels (e.g. bio  fuels and low 
octane petrol).