Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на транспортных и стационарных агрегатах с двухтактными карбюраторными двигателями для легких и сверхлегких летательных аппаратов.
Известен звездообразный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с поршневыми продувочными насосами, цилиндры которых расположены рядом с рабочими цилиндрами двигателя и параллельно им. Управление впуском воздуха в продувочный насос осуществляется рабочим поршнем двигателя, движущимся относительно поршня насоса с запаздыванием, примерно, на 120о.
Недостатком известного устройства является его сложность.
Известен также авиационный двухтактный двигатель со звездообразным расположением цилиндров и с дифференциальными поршнями, нижние ступени которых большего диаметра являются компрессорными, а верхние ступени меньшего диаметра - рабочими. Распределение продувочного воздуха осуществляет общий для всех цилиндров золотник, вращающийся на коленчатом валу и осуществляющий последовательное заполнение компрессорных цилиндров топливовоздушной смесью, нагнетание сжатой смеси в продувочный ресивер и перепуск сжатой смеси из ресивера на продувку и зарядку рабочих цилиндров двигателя.
Недостатки известной конструкции заключаются в относительно большом гидравлическом сопротивлении магистрали компрессорный цилиндр - золотник - рабочий цилиндр, в утечках сжатой смеси через зазоры из ресивера и невозможности поднять обороты двигателя выше 3000. . . 4000 об/мин из-зза достижения во вращающемся золотнике перепускаемой смесью околозвуковой скоростей.
Целью изобретения является повышение надежности, экономичности и мощности двигателя.
Указанная цель достигается тем, что известный двухтактый двухтактный двигатель внутреннего сгорания со звездообразным расположением цилиндров, содержащий корпус с картером цилиндрами, ступенчатые поршни, размещенные в цилиндрах с образованием с последними рабочих и копрессорных полостей, коленчатый вал, кинематически связанный с поршнями, перепускные трубопроводы, соединяющие компрессорные полости одних цилиндров, причем компрессорные полости выполнены с возможностью сообщения с полостью картера через впускные каналы, а диаметр компрессорной ступени поршня больше диаметра рабочей ступени поршня, кроме того, двигатель снабжен цилиндрическим золотником с окном на его боковой поверхности, жестко связанным с коленчатым валом, причем золотник выполнен с возможностью периодического сообщения полости картера с компрессорными полостями, а угол между осями цилиндров, связанных между собой перепускным трубопроводом в зависимости от числа цилиндров, выполнен в пределах 120-160о и равен центральному углу дуги окружности, соответствующей длине окна в плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала.
На фиг. 1 представлен пятицилиндровый двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 - двигатель с тремя цилиндрами.
Двигатель содержит корпус с картером 1, цилиндрический золотник 2, жестко связанный с коленчатым валом 3, цилиндры 4, ступенчатые поршни 5, размещенные в цилиндрах 4 с образованием с последними компрессорных полостей 6 и рабочих полостей 7 меньшего диаметра. Каждая компрессорная полость 6 цилиндров 4 соединена перепускными трубопроводами 8 с рабочей полостью 7 соответствующего цилиндра: при трех цилиндрах связь осуществляется между соседними цилиндрами (угол между осями соседних цилиндров равен 120о), при пятицилиндровом двигателе связь осуществлена между цилиндрами, расположенными через один друг от друга (угол между осями взаимосвязанных цилиндров составляет 144о).
Внутренняя полость картера 1 соединена впускным каналом 9 с компрессорной полостью 6 цилиндров 4. Золотник 2 выполнен с окном 10, длина которого равна дуге окружности, соответствующей углу между взаимосвязанными цилиндрами. Окно 10 соединяет внутреннюю полость картера 1 с компрессорной полостью 6 цилиндра 4 в тот момент, когда поршень 5 идет из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. Проходное сечение перепускного трубопровода 8 рассчитывают в каждом конкретном случае, исходя из потребного секундного расхода воздуха по формуле
Gв = geNe α˙Zo, где Gв - секундный расход воздуха, кг/с;
ge - удельный расход топлива, кг/Вт˙с;
Ne - эффективная мощность двигателя, Вт;
α- коэффициент избытка воздуха;
Zo = 14,9 - стехиометрический коэффициент.
Двигатель работает следующим образом.
Топливовоздушная смесь из карбюратора поступает во внутреннюю полость картера 1.
При вращении коленчатого вала 3 поршень 5, жестко связанный с коленчатым валом посредством шатуна, совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня 5 к нижней мертвой точке (НМТ) в компрессорной полости 6 создается разрежение. Одновременно с этим золотник 2 жестко связанный с коленчатым валом 3 поворачивается, обеспечивающая соединение внутренней полости картера 1 с компрессорной полостью 6 через окно 10. Топливовоздушная смесь через окно 10 и впускной канал 9 попадает в компрессорную полость 6. Процесс всасывания продолжается до достижения поршнем 5 положения НМТ. Далее при вращении коленчатого вала 3 золотник 2 поворачивается, перекрывая впускной канал 9. Поршень 5 при этом движется к верхней мертвой точке (МВТ), обеспечивая сжатие топливовоздушной смеси. Сжатие топливовоздушной смеси продолжается до момента, соответствующего повороту коленчатого вала 3 на угол 120-160о (в зависимости от числа цилиндров в двигателе). В этот момент во взаимосвязанном цилиндре (поршень 5 которого движется к НМТ) открывается продувочное окно 11, через которое осуществляется его продувка и зарядка свежей топливовоздушной смесью. Процесс повторяется последовательно для каждого цилиндра двигателя.
Таким образом, предложенный двигатель позволяет повысить удельную мощность и экономичность за счет снижения потерь топливовоздушной смеси через зазоры в ресивере и из ресивера в рабочую полость, что в конечном итоге дает возможность при тех же габаритах и массе получить более мощный и экономичный двигатель. (56) Патент США N 1962530, кл. F 02 B 75/22, 1930.
Использование: двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель снабжен цилиндрическим золотником 2 с окном 10 на его боковой поверхности, жестко связанным с коленчатым валом 3. Золотник 2 выполнен с возможностью периодического сообщения полости картера 1 с компрессорными полостями 6, а угол между осями цилиндров 4, соединенных перепускным трубопроводом 8, в зависимости от числа цилиндров выполнен в пределах 120 - 160и равен центральному углу дуги окружности, соответствующей длине окна 10 в плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала 3. 2 ил.
ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ со звездообразным расположением цилиндров, содержащий корпус с картером и цилиндрами, ступенчатые поршни, размещенные в цилиндрах с образованием с последними рабочих и компрессорных полостей, коленчатый вал, кинематически связанный с поршнями, перепускные трубопроводы, соединяющие компрессорные полости одних цилиндров с рабочими полостями других цилиндров, причем компрессорные полости выполнены с возможностью сообщения с полостью картера через впускные каналы, а диаметр компрессорной ступени поршня больше диаметра его рабочей ступени, отличающийся тем, что двигатель снабжен цилиндрическим золотником с окном на его боковой поверхности, жестко связанным с коленчатым валом, причем золотник выполнен с возможностью периодического сообщения полости картера с компрессорными полостями, а угол между осями цилиндров, связанных между собой перепускным трубопроводом, в зависимости от числа цилиндров выполнен в пределах 120 - 160o и равен центральному углу дуги окружности, соответствующей длине окна в плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала.
