СПОСОБ РАБОТЫ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B41/08 F02B25/20 F02B75/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двухтактных двигателей с продолженным расширением.

Известен способ работы двигателя с продолженным расширением, заключающийся во всасывании свежего заряда в рабочий цилиндр, его сжатии, воспламенении, сгорании и расширении, всасывании воздуха в расширительный цилиндр, его сжатии, вытеснении отработавших газов из рабочего цилиндра в расширительный и смешивании их при этом со сжатым воздухом, дорасширении и дожигании отработавших газов в расширительном цилиндре и выпуске продуктов сгорания в атмосферу (1).

Недостатком аналога являются большие насосные потери из-за дополнительных насосных ходов поршней обоих цилиндров, а также малая эффективность дожигания отработавших газов.

Известен способ работы двигателя с продолженным расширением, заключающийся в продувке надпоршневой рабочей камеры свежим зарядом, сжатии в последнем свежего заряда, его воспламенении, сгорании и расширении горящих газов, перепуске отработавших газов на части хода расширения через открываемое кромкой рабочего поршня выпускное окно и перепускной канал в расширительную камеру, дорасширении отработавших газов в последней, и выпуске продуктов сгорания в атмосферу через выпускной трубопровод, причем в расширительную камеру подают добавочный воздух (2).

Недостатком прототипа является малая его экономичность из-за дополнительных потерь на сжатие добавочного воздуха и недостаточной степени дожигания отработавших газов при малой эффективности их перемешивания с добавочным воздухом.

Известен двухтактный двигатель с продолженным расширением, содержащий картер, рабочий цилиндр, размещенный в нем с образованием надпоршневой камеры рабочий поршень, продувочное и выпускное окна, выполненные в надпоршневой камере, расширительный цилиндр, размещенный в нем с образованием расширительной камеры дополнительный поршень, перепускное и выходное окна, выполненные в расширительной камере, коленчатый вал, установленный в картере и связанный с рабочим поршнем и дополнительным при помощи шатунов, и выпускной трубопровод, связанный с выходным окном, причем выпускное окно надпоршневой камеры связано с перепускным окном расширительной камеры при помощи перепускного канала, в выпускном трубопроводе установлено устройство его перекрытия, а расширительный цилиндр снабжен связанным с атмосферой входным каналом с установленным в нем запорным органом (3).

Недостатком прототипа в части устройства является плохая его уравновешенность и малая эффективность дожигания отработавших газов при их перепуске в относительно холодный расширительный цилиндр, используемый в промежутках между тактами расширения в качестве компрессора.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение токсичности продуктов сгорания.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе добавочный воздух подают в расширительную камеру путем его всасывания, а продукты сгорания перепускают в последнюю на части хода всасывания, при этом часть свежего заряда нагнетают из перепускного канала через выпускное окно обратно в рабочий цилиндр после продувки.

Цель достигается тем, что часть продуктов сгорания одновременно с перепуском в расширительную камеру направляют в выпускной трубопровод через установленный в нем каталитический нейтрализатор.

Цель достигается тем, что волну давления продуктов сгорания на выходе из нейтрализатора отражают в расширительную камеру обратно через нейтрализатор путем кратковременного перекрытия выпускного трубопровода пульсатором.

Цель достигается тем, что свежий заряд могут нагнетать через выпускное окно в рабочую камеру путем вытеснения части продуктов сгорания из расширительной камеры обратно в перепускной канал.

Поставленная цель в части двигателя достигается тем, что в предлагаемом двигателе расширительный цилиндр выполнен в виде термического дожигателя с устройством подвода добавочного воздуха, выполненным в виде входного канала с установленным в нем обратным клапаном, поршни установлены в цилиндрах синфазно, устройство перекрытия выпускного трубопровода выполнено в виде пульсатора, установленного с возможностью кратковременного перекрытия трубопровода после открытия выпускного окна; а в выпускном трубопроводе перед пульсатором установлен каталитический нейтрализатор.

Цель достигается тем, что пульсатор может быть выполнен в виде золотникового диска, установленного в выпускном трубопроводе свободно с зазором относительно последнего и связанного кинематически с коленчатым валом.

Цель достигается тем, что рабочий и дополнительный поршни расположены оппозитно и с образованием между ними общей картерной полости, сообщенной с надпоршневой камерой с помощью продувочного канала при положении поршней во внутренней мертвой точке.

На чертеже представлен двигатель, в котором реализуется описываемый способ его работы.

Двигатель содержит картер 1, рабочий цилиндр 2, размещенный в нем с образованием надпоршневой рабочей камеры 3, рабочий поршень 4, продувочное 5 и выпускное 6 окна, выполненные в надпоршневой камере 3, расширительный цилиндр 7, размещенный в нем с образованием расширительной камеры 8 дополнительным поршнем 9, перепускное 10 и выходное 11 окна, выполненные в расширительной камере 8, коленчатый вал 12, установленный в картере 1 и связанный с рабочим и дополнительным поршнями при помощи шатунов 13, и выпускной трубопровод 14, связанный с выходным окном 11. Выпускное окно 6 связано с перепускным окном 10 при помощи перепускного канала 15. В выпускном трубопроводе установлено устройство 16 его перекрытия, а расширительный цилиндр 7 снабжен связанным с атмосферой входным каналом 17 с установленным в нем обратным клапаном 18. При этом расширительный цилиндр 7 выполнен в виде термического дожигателя с устройством подвода добавочного воздуха, выполненным в виде входного канала 17 с обратным клапаном 18, поршни 4 и 9 установлены в цилиндрах 2 и 7 синфазно, устройство 16 перекрытия выполнено в виде пульсатора, а в выпускном трубопроводе 14 перед пульсатором установлен каталитический нейтрализатор 19. Пульсатор может быть выполнен в виде золотникового диска, установленного в выпускном трубопроводе 14 свободно с зазором относительно него и связанного кинематически с коленчатым валом 12.

Рабочий 4 и дополнительный 9 поршни могут быть расположены оппозитно и с образованием между ними общей картерной полости 20, сообщенной с надпоршневой камерой 3 с помощью продувочного канала 21 при положении поршней в нижней мертвой точке.

Способ реализуется следующим образом. При положении поршней 4 и 9 в районе нижней мертвой точки происходит продувка надпоршневой камеры 3 сжатым в картерной полости 20 свежим зарядом через продувочный канал 21, который сжимается рабочим поршнем 4 при его перемещении к верхней мертвой точке, воспламеняется, сгорает и расширяется при перемещении поршня 4 к нижней мертвой точке. В расширительном цилиндре 7 при этом происходит всасывание добавочного воздуха через входной канал 17, примерно до половины хода дополнительного поршня 9, после чего рабочим поршнем 4 открывается выпускное окно 6 надпоршневой камеры 3 и происходит перепуск продуктов сгорания из последней в расширительную камеру 8, которые интенсивно перемешиваются с находящимся в нем при атмосферном давлении воздухом, доокисляясь с выделением при этом дополнительного тепла и передачей дополнительной энергии расширения на коленчатый вал 12. Перемешивание газов с воздухом при этом происходит без дополнительных на это затрат энергии за счет использования энергии струи продуктов сгорания. Нахождение в расширительном цилиндре 7 добавочного воздуха под атмосферным давлением, а также перемещение дополнительного поршня 9 с увеличением объема расширительной камеры 8 не создает дополнительного сопротивления выпуску продуктов сгорания из рабочего цилиндра 2, что сохраняет эффективность его работы.

При перемещении поршней от нижней мертвой точки создается подпор газов в перепускном канале 15 и происходит обратный выброс свежего заряда под давлением через выпускное окно 6 в надпоршневую камеру 3 в конце продувки перед закрытием поршнем 4 выпускного окна 6.

Одновременно с перепуском продуктов сгорания в расширительную камеру 8 часть их направляют в выпускной трубопровод 14 через каталитический нейтрализатор 19, после чего трубопровод 14 перекрывают на выходе из него кратковременно пульсатором. Отраженная волна давления вытесняет часть продуктов сгорания обратно через нейтрализатор 19 в расширительную камеру 8, увеличивая давление в ней и создавая одновременно подпор в перепускном канале 15 для вытеснения обратно в цилиндр 2 части свежего заряда, попавшей в канал 15 во время продувки. Импульсное воздействие в нейтрализаторе отраженной волны давления позволяет очищать каталитическое покрытие от осевших на ее поверхности механических частиц, например, сажи. Кроме того, при этом увеличивается время взаимодействия катализатора с продуктами сгорания, что повышает степень их очистки нейтрализации.

Таким образом предлагаемое изобретение позволяет повысить экономичность двигателя за счет дожигания и дорасширения при этом продуктов сгорания без ухудшения эффективности работы непосредственно рабочего цилиндра, повышения степени наддува цилиндра и уменьшения потерь свежего заряда за счет наполнения цилиндра через выпускное окно, а также снизить токсичность продуктов сгорания за счет улучшения их дожигания и повышения степени очистки в нейтрализаторе.

Сущность изобретения: продукты сгорания из рабочего цилиндра 2 перепускают в расширительный цилиндр 7 после открытия кромкой рабочего поршня 4 выпускного окна 6. В расширительный цилиндр 7 перед перепуском в него продуктов сгорания всасывается воздух, а струя продуктов сгорания вдувается в чистый воздух, интенсивно перемешиваясь с ним, догорая и передавая работу расширения на дополнительный поршень 9. Часть продуктов сгорания направляется при перепуске в выпускной трубопровод 14, в котором установлен каталитический нейтрализатор 19, затем отражается от поверхности пульсатора, установленного на выходе из трубопровода 14, перетекая обратно в расширительный цилиндр 7 и в перепускной канал 15. При этом очищается поверхность катализатора от механических частиц и создается подпор газов, позволяющий нагнетать обратно в цилиндр 2 через выпускное окно 6 часть свежего заряда, попавшую в канал 15 при продувке. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем сжатия в надпоршневой камере свежего заряда, его воспламенения, сгорания, расширения горящих газов, перепуска продуктов сгорания на части хода расширения через открываемое кромкой рабочего поршня выпускное окно и перепускной канал в расширительную камеру, продувки надпоршневой камеры свежим зарядом с частичным попаданием через выпускное окно в перепускной канал, дорасширения продуктов сгорания в расширительной камере и их выпуска в атмосферу через выпускной трубопровод, причем в расширительную камеру подают добавочный воздух, отличающийся тем, что добавочный воздух подают в расширительную камеру путем его всасывания перед перепуском в нее продуктов сгорания на части хода всасывания, а часть свежего заряда, попавшую в перепускной канал, нагнетают из последнего через выпускное окно обратно в надпоршневую камеру после продувки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть продуктов сгорания одновременно с перепуском в расширительную камеру направляют в выпускной трубопровод через установленный в нем каталитический нейтрализатор. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на выходе из каталитического нейтрализатора отражают волну давления продуктов сгорания в расширительную камеру обратно через нейтрализатор путем перекрытия выпускного трубопровода пульсатором. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что часть свежего заряда, попавшую в перепускной канал, нагнетают через выпускное окно в надпоршневую камеру отраженной волной давления продуктов сгорания. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что часть свежего заряда, попавшую в перепускной канал, дополнительно нагнетают через выпускное окно в надпоршневую камеру путем вытеснения части продуктов сгорания из расширительной камеры обратно в перепускной канал. 6. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, рабочий цилиндр, размещенный в нем с образованием надпоршневой камеры рабочий поршень, продувочное и выпускное окна, выполненные в надпоршневой камере, расширительный цилиндр, размещенный в нем с образованием расширительной камеры дополнительный поршень, перепускное и выходное окна, выполненные в расширительной камере, коленчатый вал, установленный в картере и связанный с рабочим и дополнительным поршнями при помощи шатунов, и выпускной трубопровод, соединенный с выходным окном, причем выпускное окно надпоршневой камеры сообщено с перепускным окном расширительной камеры при помощи перепускного канала, в выпускном трубопроводе размещено устройство его перекрытия, а расширительный цилиндр снабжен связанным с атмосферой входным каналом с установленным в нем запорным органом, отличающийся тем, что входной канал выполнен в виде устройства подвода добавочного воздуха, а его запорный орган - в виде обратного клапана, поршни установлены в цилиндрах синфазно, устройство перекрытия выпускного трубопровода выполнено в виде пульсатора, размещенного с возможностью перекрытия трубопровода после открытия выпускного окна, а перед пульсатором в трубопроводе установлен каталитический нейтрализатор. 7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что пульсатор выполнен в виде золотникового диска, размещенного в выпускном трубопроводе свободно с зазором относительно последнего и кинематически связанного с коленчатым валом. 8. Двигатель по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что рабочий и дополнительный поршни расположены оппозитно и с образованием между ними общей картерной полости, сообщенной с надпоршневой камерой через продувочный канал при положении поршней в нижней мертвой точке.