СПОСОБ РАБОТЫ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B25/20 F02B75/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания и к двухтактным двигателям.

Известен способ работы двухтактного двигателя путем сжатия рабочего заряда, его воспламенения, расширения и выпуска продуктов сгорания через выпускное окно в выпускной трубопровод, изменения сопротивления потоку продуктов сгорания дросселем в зависимости от режима работы двигателя (1).

Известен способ работы двухтактного двигателя путем сжатия рабочего заряда в цилиндре, его воспламенения вблизи верхней мертвой точки, расширения горящих газов при движении поршня к нижней мертвой точке, открытия поршнем выпускного окна, выпуска продуктов сгорания в выпускной трубопровод, отражения в сторону выпускного окна волны давления продуктов сгорания в выпускном трубопроводе, открытия поршнем впускного окна, продувки через последний полости цилиндра свежим зарядом, и перекрытия поршнем впускного и выпускного окон в начале такта сжатия (2).

Недостатками аналога и прототипа в части способа являются малая эффективность работы двигателя в связи с ухудшением наполнения цилиндра из-за наличия постоянного сопротивления движению газов в выпускном трубопроводе и малой эффективности отражения волны давления конусной поверхностью отражателя.

Известен двухтактный двигатель, содержащий картер, цилиндр с размещенным в нем поршнем, коленчатый вал с маховиком, установленный в картере и связанный с поршнем при помощи шатуна, впускные и выпускные окна, выполненные в цилиндре, выпускной трубопровод, связанный с выпускным окном, и золотниковый орган, установленный в выпускном трубопроводе, и связанный кинематически с коленчатым валом (3).

Недостатками прототипа в части двигателя являются неблагоприятные температурные условия работы золотникового органа вблизи выпускного окна, а также невозможность обратной дозарядки через выпускное окно при наличии постоянного сопротивления движению газов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы двухтактного двигателя.

Поставленная цель в части способа достигается тем, что в предлагаемом способе волну давления продуктов сгорания отражают путем перекрытия выпускного трубопровода пульсатором, причем перекрывают трубопровод на части выпуска продуктов сгорания, а открывают до перекрытия поршнем выпускного окна.

Цель достигается тем, что выпускной трубопровод могут перекрывать после открытия поршнем впускного окна.

Цель достигается тем, что амплитуду отраженной волны давления могут усиливать в резонаторе Гельмгольца, расположенном между выпускным окном и пульсатором, а часть газов из резонатора вытесняют обратно в полость цилиндра через выпускное окно перед его перекрытием поршнем.

Цель достигается тем, что из резонатора вытесняют в полость цилиндра часть свежего заряда, выпущенного из последнего через выпускное окно при продувке.

Поставленная цель в части устройства достигается тем, что в предлагаемом двигателе золотниковый орган выполнен в виде дискового пульсатора, установленного в выпускном трубопроводе свободно с зазором относительно последнего и с возможностью перекрытия трубопровода на части выпуска продуктов сгорания, причем диск пульсатора расположен в плоскости, перпендикулярной оси выпускного трубопровода.

Цель достигается тем, что диск пульсатора может быть выполнен в виде маховика, а участок выпускного трубопровода от выпускного окна до пульсатора - в виде резонатора Гельмгольца.

На фиг. 1 представлен описываемый двигатель в начале процесса выпуска; на фиг. 2 - то же, в момент перекрытия выпускного трубопровода в конце выпуска.

Описываемый способ реализуется в двигателе, содержащем картер 1, цилиндр 2 с размещенным в нем поршнем 3, коленчатый вал 4, установленный в картере 1 и связанный с поршнем 3 при помощи шатуна 5, выпускной трубопровод 6 и дисковый пульсатор 7. В цилиндре 2 выполнены впускные окна 8 и выпускные окна 9. Выпускной трубопровод 6 связан с выпускным окном 9, а пульсатор 7 установлен в выпускном трубопроводе 6 свободно с зазором относительно последнего с возможностью его кратковременного перекрытия и связан кинематически с коленчатым валом 4.

Диск пульсатора 7 может быть выполнен в виде маховика, а участок выпускного трубопровода 6 от выпускного окна 9 до пульсатора 7 может быть выполнен в виде резонатора 10 Гельмгольца.

Способ работы двигателя осуществляется следующим образом. Рабочий заряд в цилиндре 2 сжимают поршнем 3, воспламеняют его вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) с последующим расширением горящих газов при движении поршня 3 к нижней мертвой точке (НМТ). В районе НМТ поршнем 3 открывают выпускное окно 9 и начинают процесс выпуска продуктов сгорания в выпускной трубопровод 6, затем открывают поршнем 3 впускные окна 8, через которые под давлением подают в полость цилиндра 2 свежий заряд и начинается продувка. В процессе выпуска, например, перед началом продувки кратковременно перекрывают выпускной трубопровод 6 пульсатором 7, в результате чего отраженная от последнего волна давления продуктов сгорания подходит к выпускному окну 9 перед его перекрытием поршнем 3 в начале сжатия и препятствует вытеснению в выпускной трубопровод 6 через окно 9 свежего заряда, что позволяет уменьшить потери топливо-воздушной смеси во время продувки, практически при отсутствии сопротивления выпуску продуктов сгорания в отличие от прототипа.

Амплитуду отраженной волны давления могут усиливать в резонаторе 10 Гельмгольца, настроенном на определенный режим работы двигателя. При этом время перекрытия трубопровода может быть еще более сокращено и увеличена эффективность сопротивления движению свежего заряда в районе выпускного окна 9 в выпускной трубопровод.

Кроме того, момент перекрытия трубопровода пульсатором может быть выбран таким образом, чтобы к моменту возникновения резонанса в районе выпускного окна 9 со стороны резонатора 10 находилась порция свежего заряда, выпущенного через окно 9 при продувке. Тогда усиленная в резонаторе 10 волна давления вытесняет часть свежего заряда обратно под давлением в полость цилиндра 2 через выпускное окно 9, что дает возможность увеличить давление заряда в цилиндре перед сжатием.

Так как пульсатор 7 не предназначен для запирания трубопровода (как золотник в прототипе), то он может быть установлен в нем свободно с зазором, что позволяет снизить потери на трение в этом узле, отказаться от его смазки и избежать неблагоприятных воздействий от тепловых деформаций.

Кратковременность перекрытия трубопровода позволяет снизить сопротивление выпуску продуктов сгорания по сравнению с аналогичными устройствами, в которых используется энергия отраженной волны, а расположение поверхности отражения перпендикулярно направлению движения газов повышает эффективность использования данного явления.

Таким образом описанное техническое решение позволяет повысить эффективность работы двигателя за счет снижения сопротивления выпуску, улучшения использования эффекта отраженной волны и повышения действительной степени сжатия за счет подачи дополнительной порции заряда под давлением в цилиндр через выпускное окно, а также упростить конструкцию и повысить надежность работы двигателя.

Сущность изобретения: в двухтактном двигателе, в котором используется энергия отраженной волны продуктов сгорания в выпускном трубопроводе 6 для создания подбора свежего заряда при продувке, используют дисковый пульсатор 7 для кратковременного перекрытия трубопровода 6 и отражения от него волны давления. Амплитуда волны давления может усиливаться в акустическом резонаторе 10, расположенном в трубопроводе 6 между выпускным окном 9 и пульсатором 7. Использование пульсатора 7, лишь кратковременно перекрывающего трубопровод 6, позволяет уменьшить сопротивление при выпуске, а использование резонатора 10 - увеличить действительную степень сжатия в цилиндре за счет наддува заряда через выпускное окно в конце продувки. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем сжатия рабочего заряда в цилиндре, его воспламенения вблизи верхней мертвой точки, расширения горящих газов при движении поршня к нижней мертвой точке, открытия поршнем выпускного окна, выпуска продуктов сгорания в выпускной трубопровод, отражения в сторону выпускного окна волны давления продуктов сгорания в выпускном трубопроводе, открытия поршнем впускного окна, продувки через последний полости цилиндра свежим зарядом и перекрытия поршнем впускного и выпускного окон в начале такта сжатия, отличающийся тем, что волну давления продуктов сгорания отражают путем перекрытия выпускного трубопровода пульсатором, причем перекрывают трубопровод на части выпуска продуктов сгорания, а открывают до перекрытия поршнем выпускного окна. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпускной трубопровод перекрывают после открытия поршнем впускного окна. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что амплитуду отраженной волны давления усиливают в резонаторе Гельмгольца, расположенном между выпускным окном и пульсатором, а часть газов из резонатора вытесняют обратно в полость цилиндра через выпускное окно перед его перекрытием поршнем. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что из резонатора вытесняют в полость цилиндра часть свежего заряда, выпущенного из последнего через выпускное окно при продувке. 5. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, цилиндр с выполненными в нем впускным и выпускным окнами и размещенным в нем поршнем, коленчатый вал с маховиком, установленный и связанный с поршнем при помощи шатуна, выпускной трубопровод, связанный с выпускным окном, и золотниковый орган, размещенный в выпускном трубопроводе и кинематически связанный с коленчатым валом, отличающийся тем, что золотниковый орган выполнен в виде дискового пульсатора, размещенного в выпускном трубопроводе свободно с зазором относительно последнего и с возможностью перекрытия трубопровода на части выпуска продуктов сгорания, причем диск пульсатора расположен в плоскости, перпендикулярной к оси выпускного трубопровода. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что диск пульсатора выполнен в виде маховика. 7. Двигатель по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что участок выпускного трубопровода от выпускного окна до пульсатора выполнен в виде резонатора Гельмгольца.