ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B33/02 F02B25/20 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с нагнетателями для заполнения цилиндров.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, снабженный окном подачи богатой топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и окном подачи бедной топливо-воздушной смеси в камеру сгорания, кривошипную камеру с расположенным в ней кривошипно-шатунным механизмом, канал подачи воздуха, расположенные на противоположных сторонах кривошипной камеры в одной плоскости, смесевой патрубок, воздушный патрубок и два перепускных канала [1] .

Однако известный двигатель имеет недостаточную удельную мощность.

Известен также двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем и выполненным в нем выпускным окном, головку рабочего цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, по меньшей мере один соосный цилиндр воздушного нагнетателя с воздушным фильтром, органом впуска и поршнем, закрепленным на ступенчатом поршне при помощи штока, проходящего через головку, камеру сжатия, образованную поршнем нагнетателя и головкой, и камеру сгорания, образованную головкой и ступенчатым поршнем, кинематически связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, расположенным в картере, образующим кривошипную камеру, имеющую канал подачи топливно-воздушной смеси, причем в части штока выполнен осевой канал с двумя рядами радиальных отверстий, первый из которых расположен вблизи поршня нагнетателя, а второй - на расстоянии, не меньшем толщины головки [2] .

Однако и этот двигатель имеет недостаточную удельную мощность.

Целью изобретения является повышение экономичности и удельной мощности двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один рабочий цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем и выполненным в нем выпускным окном, головку рабочего цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, по меньшей мере один соосный цилиндр воздушного нагнетателя с воздушным фильтром, органом впуска и поршнем, закрепленным на ступенчатом поршне при помощи штока, проходящего через головку, камеру сжатия, образованную поршнем нагнетателя и головкой, и камеру сгорания, образованную головкой и ступенчатым поршнем, кинематически связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, расположенным в картере, образующим кривошипную камеру, имеющую канал подачи топливно-воздушной смеси, причем в части штока выполнен осевой канал с двумя рядами радиальных отверстий, первый из которых расположен вблизи поршня нагнетателя, а второй - на расстоянии, не меньшем толщины головки, орган впуска нагнетателя выполнен в виде отверстий в его поршне, снабженном пластинчатыми элементами для их закрытия и открытия, осевой канал штока выполнен на всю его длину, а в днище ступенчатого поршня выполнено соосное отверстие, сообщающее осевой канал штока с кривошипной камерой. Кроме того, канал подачи топливно-воздушной смеси снабжен клапанной коробкой, расположенной соосно ступенчатому поршню.

Увеличение изменяющегося объема воздушных полостей позволяет увеличить давление топливно-воздушной смеси в них в конце цикла, тем самым повысить эффективность продувки воздушной полости камеры сгорания (газы вытесняются топливно-воздушной смесью), увеличить вес рабочего заряда топливно-воздушной смеси, попадающей в воздушную полость камеры сгорания, что увеличивает мощность двигателя.

Использование пластинчатых элементов на поршне нагнетателя позволяет открывать и закрывать отверстия в поршне нагнетателя, соединяющие воздушные полости, заблаговременно при изменении направления движения ступенчатого поршня за счет инерционных сил. Например при изменении движения ступенчатого поршня от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) пластинчатые элементы открывают отверстия в поршне нагнетателя, соединяя воздушные полости, при этом в воздушной полости начинает уменьшаться давление и воздух из одной полости перетекает в другую полость через уже открытые отверстия. При изменении движения ступенчатого вала поршня от ВМТ к НМТ пластинчатые элементы закрывают отверстия в поршне нагнетателя, разъединяя воздушные полости, при этом во второй воздушной полости начинает повышаться давление и обе воздушные полости разъединены.

Размещение клапанной коробки по оси движения ступенчатого поршня уменьшает потеpи на гидравлические сопротивления движению топливно-воздушной смеси, что приводит к повышению коэффициента наполнения воздушных полостей топливно-воздушной смесью, также воздушной полости камеры сгорания, что увеличивает весовой заряд и, как следствие, мощность двигателя.

На фиг. 1 представлена схема общего вида двигателя; на фиг. 2-5 - соответственно, сжатие, рабочий ход, выхлоп, продувка.

Двигатель внутреннего сгорания с нагнетателями для заполнения цилиндров содержит две магистрали впуска. Первая магистраль впуска состоит из воздушного фильтра 1, гильзы 2 воздушного нагнетателя, поршня 3 воздушного нагнетателя, пластинчатых элементов 4, закрепленных на поршне 3, воздушных полостей 5 и 6, воздушной полости 7 камеры сгорания, штока 8 ступенчатого поршня 9 и воздушной полости 10. Вторая магистраль впуска состоит из клапанной коробки 11 с пластинчатыми элементами 12, воздушной полости 13 кривошипной камеры и воздушной полости 10. Магистраль выхлопа выполнена в виде полости 14, прорезей 15 в гильзе 16 и воздушной полости 7 камеры сгорания. Клапанная коробка 11 закреплена на картере 17, в котором расположен кривошип 18, соединенный шатуном 19 со ступенчатым поршнем 9, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 20. В цилиндр 20 вмонтированы гильза 16, гильза 2 воздушного нагнетателя, уплотнение 21 штока 8 ступенчатого поршня 9 и свеча зажигания 22.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении коленчатого вала ступечатый поршень 9 и жестко связанный с ним поршень 3 нагнетателя совершают возвратно-поступательное движение, в результате чего происходит изменение объемов воздушной полости 7 камеры сгорания и воздушных полостей 6 и 10. При движении ступенатого поршня 9 к ВМТ в воздушных полостях 6 и 10 создается разрежение. Воздух, прошедший через воздушный фильтр 1, из воздушной полости 5, отклонив пластинчатые элементы 4, перетекает в воздушную полость 6, а топливно-воздушная смесь, отклонив пластинчатые элементы 12, попадает в воздушную полость 13 кривошипной камеры и из нее в воздушную полость 10. Часть топливно-воздушной смеси из воздушной полости 10 через канал в штоке 8 ступенчатого поршня 9 попадает в воздушную полость 6, создавая в ней обедненную топливно-воздушную смесь. Во время движения ступенчатого поршня 9 к ВМТ в воздушной полости 7 камеры сгорания происходит сжатие рабочего заряда топливно-воздушной смеси, а в конце цикла сжатия - воспламенение рабочего заряда топливно-воздушной смеси от свечи 22 и его горение. После прохождения ВМТ ступенчатый поршень 9 начинает движение к НМТ. За счет энерционных сил при изменении направления движения поршня 3 нагнетателя, пластинчатые элементы садятся на свои гнезда и перекрывают отверстия в поршне нагнетателя, разобщая воздушные полости 5 и 6. При движении ступенчатого поршня 9 к НМТ происходит изменение объемов в воздушных полостях 6 и 10. Топливно-воздушная смесь в воздушной полости 10 и соединенной с ней воздушной полости 13 кривошипной камеры сжимается, так как при повышении давления в воздушной полости кривошипной камеры пластинчатые элементы 12 садятся на свои гнезда в клапанной коробке 11, разобщая воздушную полость 13 с атмосферой. Обедненная топливно-воздушная смесь в воздушной полости 6 также сжимается, так как она разобщена с воздушной полостью 5. Во время сжатия смеси в воздушных полостях 10, 13 и 6 в воздушной полости 6 давление смеси нарастает быстрее, чем в воздушных полостях 10 и 13, поэтому обедненная топливно-воздушная смесь через прорези в штоке 8 ступенчатого поршня 9 вытесняется в воздушную полость в ступенчатом поршне 9 и в верхнюю часть воздушной полости 10. В воздушной полости 7 камеры сгорания происходит догорание рабочего заряда и распирание газов, образовавшихся от сгорания рабочего заряда. В конце рабочего хода при движении ступенчатого поршня 9 к НМТ происходит открытие прорезей 15 в гильзе 16 и газы из воздушной полости 7 камеры сгорания перетекают в воздушную полость 14 через прорези 15 в гильзе 16. Давление газов в воздушной полости 7 камеры сгорания падает. При дальнейшем движении ступенчатого поршня 9 к НМТ открываются прорези в штоке 8 ступенчатого поршня 9 и соединяются воздушная полость 6 с воздушной полостью 7 камеры сгорания.

Обедненная топливно-воздушная смесь из воздушной полости 6 и воздушной полости в ступенчатом поршне 9 перетекает в воздушную полость 7 камеры сгорания. Давление в воздушной полости 6 падает быстрее, чем в воздушных полостях 10 и 13, особенно после того, как ступенчатый поршень 9, пройдя НМТ, начинает движение к ВМТ. После выравнивания давления в полостях 6 и 10 топливно-воздушная смесь из полости 10 поступает в полость 7, образуя таким образом два слоя в воздушной полости 7 камеры сгорания у выхлопных окон (прорезей 15 в гильзе 16): обедненную топливно-воздушную смесь и нормальную топливно-воздушную смесь у свечи 22. При вытеснении газов из воздушной полости 7 камеры сгорания топливно-воздушной смесью на нерасчетных режимах работы двигателя часть обедненной топливно-воздушной смеси может через прорези 15 попадать в воздушную полость 14, при этом эта часть обедненной топливно-воздушной смеси может быть возвращена в воздушную полость 7 при наличии резонансных выхлопных систем. Достигнутый таким образом режим разделения рабочего заряда на заряд обедненной топливно-воздушной смеси, находящейся у выхлопных окон (прорезей 15), и нормальной топливно-воздушной смеси у свечи 22 позволяет без ухудшения характеристик воспламенения рабочего заряда топливно-воздушной смеси снизить удельный расход топлива и уменьшить выбросы топлива в атмосферу.

Таким образом, по сравнению с прототипом увеличивается экономичность двигателя, а мощность увеличивается приблизительно в два раза. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1511443, кл. F 02 B 33/04, 1985.

2. Европейcкая заявка N 0223435, кл. F 02 B 33/08, опублик. 1987.

Сущность изобретения: двухтактный двигатель внутреннего сгорания состоит из воздушного фильтра 1, гильзы 2 воздушного нагнетателя, поршня 3 воздушного нагнетателя, пластинчатых элементов 4, закрепленных на поршне 3, воздушных полостей 5 и 6, воздушной полости 7 камеры сгорания, штока 8 ступенчатого поршня 9 и воздушной полости 10, а также клапанной коробки 11 с пластинчатыми элементами 12 и воздушной полости 13 кривошипной камеры. Магистраль выхлопа выполнена в виде полости 14, прорезей 15 в гильзе 16 и воздушной полости 7 камеры сгорания. Клапанная коробка 11 закреплена на картере 17, в котором расположен кривошип 18, соединенный шатуном 19 со ступенчатым поршнем 9, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 20. В этот цилиндр вмонтированы гильза 16, гильза 2 воздушного нагнетателя, уплотнение 21 штока 8 ступенчатого поршня 9 и свеча зажигания 22. 5 ил.

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем и выполненным в нем выпускным окном, головку рабочего цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, по меньшей мере один соосный цилиндр воздушного нагнетателя с воздушным фильтром, органом впуска и поршнем, закрепленным на ступенчатом поршне при помощи штока, проходящего через головку, камеру сжатия, образованную поршнем нагнетателя и головкой, и камеру сгорания, образованную головкой и ступенчатым поршнем, кинематически связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, расположенным в картере, образующим кривошипную камеру, имеющую канал подачи топливно-воздушной смеси, причем в части штока выполнен осевой канал с двумя рядами радиальных отверстий, первый из которых расположен вблизи поршня нагнетателя, а второй - на расстоянии, не меньшем толщины головки, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и удельной мощности, орган впуска нагнетателя выполнен в виде отверстий в его поршне, снабженном пластинчатыми элементами для закрытия и открытия, осевой канал штока выполнен на всю его длину, а в днище ступенчатого поршня выполнено соосное отверстие, сообщающее осевой канал штока с кривошипной камерой. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал подачи топливно-воздушной смеси снабжен клапанной коробкой, расположенной соосно с ступенчатым поршнем.