ОДНОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/00 F02B33/02 F02B25/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению, а именно к одноцилиндровым двигателям, преимущественно с картерной продувкой.

Известно балансировочное устройство для двухтактного двигателя, выполненное в виде оппозитного балансировочного поршня, размещенного в дополнительном цилиндре с образованием дополнительных компрессорных камер (1).

Недостатком аналога являются большие механические потери на привод дополнительного поршня и газовые потери на двухступенчатое сжатие свежего заряда.

Известен одноцилиндровый двухтактный двигатель с картерной продувкой, содержащий картер, закрепленный на нем рабочий цилиндр, рабочий поршень, размещенный в последнем, коленчатый вал, установленный в картере, выпускной трубопровод, связанный с рабочим цилиндром, и уравновешивающее устройство, выполненное в виде связанного с картером дополнительного цилиндра и установленного в последнем балансировочного поршня, причем рабочий и балансировочный поршни расположены оппозитно и с возможностью движения в противофазе, а балансировочный поршень установлен в цилиндре с зазором с образованием камер переменного объема и снабжен уплотнениями, выполненным в виде гибкой мембраны, закрепленной между поверхностями картера и дополнительного цилиндра (2).

Недостатком прототипа является значительные потери на привод балансировочного поршня эксцентриковым механизмом, а также высокая токсичность отработавших газов из-за недогорания топлива.

Цель изобретения - повышение КПД за счет исключения потерь мощности на уравновешивание двигателя, а также снижение токсичности отработавших газов за счет их догорания в термическом дожигателе.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом двигателе балансировочный поршень выполнен свободным и установлен на пружинах с возможностью перемещения под действием сил инерции рабочего поршня, причем одна из камер переменного объема сообщена с выпускным трубопроводом и выполнена в виде термического дожигателя, снабженного устройством подвода добавочного воздуха.

Цель достигается тем, что балансировочный поршень может быть снабжен штоком, расположенным в направляющей дополнительного цилиндра, а пружины выполнены в виде рессоры с центральным отверстием, при этом концы рессоры расположены в спорах, установленных на картере, а шток закреплен в центральном отверстии рессоры.

Цель достигается тем, что опоры могут быть установлены на картере подвижно с возможностью перемещения вдоль рессоры.

Цель достигается тем, что он может быть снабжен механизмом управления с датчиком частоты вращения коленчатого вала, а опоры связаны кинематически с механизмом управления.

На чертеже показан предлагаемый двигатель.

Двигатель содержит картер 1, закрепленный на нем рабочий цилиндр 2, рабочий поршень 3, размещенный в последнем, коленчатый вал 4, установленный в картере 1, выпускной трубопровод 5, связанный с рабочим цилиндром 2, и уравновешивающее устройство, выполненное в виде связанного с картером дополнительного цилиндра 6 и установленного в последнем балансировочного поршня 7, причем рабочий 3 и балансировочный 7 поршни расположены оппозитно и с возможностью движения в противофазе, балансировочный поршень 7 установлен в цилиндре 6 с зазором с образованием камер 8 и 9 переменного объема и снабжен уплотнением, выполненным в виде гибкой мембраны 10, закрепленный между поверхностями картера 1 и дополнительного цилиндра 6. Балансировочный поршень 7 выполнен в виде свободного поршня, установленного на пружинах, например рессоре 11, с возможностью перемещения под действием сил инерции рабочего поршня 3, причем одна из камер, например 9 переменного объема сообщена с выпускным трубопроводом 5 и выполнена в виде термического дожигателя, снабженного устройством 12 подвода добавочного воздуха.

Балансировочный поршень 7 может быть снабжен штоком 13, расположенным в направляющей 14 дополнительного цилиндра 6, а в рессоре 11 выполнено центральное отверстие, концы рессоры 11 расположены в опорах 15, установленных на картере 1, а шток 13 закреплен в центральном отверстии рессоры 11. Опоры 15 установлены на картере 11 подвижно с возможностью перемещения вдоль рессоры 11.

Двигатель может быть снабжен при этом механизмом управления 16 с датчиком 17 частоты вращения коленчатого вала 4, а опоры 15 связаны кинематически с механизмом управления 16.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом. При возвратно-поступательном перемещении рабочего поршня 3 силы инерции через картер и дополнительный цилиндр 6 воздействует на подпружиненный балансировочный поршень 7, который перемещается в сторону, противоположную движению рабочего поршня 3. Подбором массы балансировочного поршня 7 и жесткости пружин (рессоры 11) из условия наступления резонанса выбирают режим полного уравновешивания двигателя. Указанный режим может быть в достаточно большем диапазоне изменения числа оборотов двигателя за счет демпфирования колебаний балансировочного поршня 7, что позволяет использовать его в однорежимных агрегатах, например, для привода электрогенераторов и т.д.

Перепуск отработавших газов в камеру 9 при выпуске из рабочего цилиндра 2 позволяет синхронизировать движение поршней 3 и 7 на переходных режимах, что позволяет расширить диапазон рабочих частот вращения вала 4 двигателя.

Кроме того, перепуск газов в камеру 9, в которой перед перепуском уже находится порция свежего воздуха, засасывающая при движении балансировочного поршня 7 на части хода от крайней точки, через устройство 12 подвода добавочного воздуха, позволяет дожигать недогорающее топливо в камере 9, что снижает токсичность отработавших газов. При этом импульс движения балансировочного поршня 7 позволяет повысить давление продувочного заряда в картере 1 (в случае выполнения двигателя с картерной продувкой) за счет связи камеры 8 с картером 1.

При выполнении опор 15 рессоры 11 подвижными возможно изменение ее жесткости, что позволяет уравновешивать двигатель на любом режиме его работы и использовать его, в частности, для привода транспортных средств. При этом сигнал на изменение жесткости рессоры 11 поступает с датчика 17 частоты вращения вала 4 на механизм управления 16, который управляет перемещением опор 15 относительно концов рессоры 11.

Таким образом, предложенный двигатель позволяет при его полной уравновешенности повысить механический КПД за счет снижения потерь на привод уравновешивающего механизма, а также снизить токсичность отработавших газов за счет их дожигания в термическом дожигателе, образованном балансировочным поршнем.

Сущность изобретения: двигатель снабжен уравновешивающим устройством, выполненным в виде установленного в дополнительном цилиндре 6 свободного балансировочного поршня 7 на рессоре 11 с возможностью перемещения под действием сил инерции рабочего поршня 3 в противофазе с последним. Камера 9 переменного объема, образованная балансировочным поршнем 7 и выполненная в виде термического двигателя с устройством 12 подвода добавочного воздуха, сообщена с рабочим цилиндром 2 при помощи выпускного трубопровода 5 во время выпуска из цилиндра 2 отработавших газов, что позволяет снизить токсичность отработавших газов. Отсутствие механического привода уравновешивающего механизма позволяет повысить КПД двигателя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ОДНОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ преимущественно с картерной продувкой, содержащий картер, закрепленный на нем рабочий цилиндр, рабочий поршень, размещенный в последнем, коленчатый вал, установленный в картере, выпускной трубопровод, связанный с рабочим цилиндром, и уравновешивающее устройство, выполненное в виде связанного с картером дополнительного цилиндра и установленного в последнем балансировочного поршня, причем рабочий и балансировочный поршни расположены оппозитно с возможностью движения в противофазе, а балансировочный поршень установлен в цилиндре с зазором с образованием камер переменного объема и снабжен уплотнением, выполненным в виде гибкой мембраны, закрепленной между поверхностями картера и дополнительного цилиндра, отличающийся тем, что балансировочный поршень выполнен свободным и установлен на пружинах с возможностью перемещения под действием сил инерции рабочего поршня, причем одна из камер переменного объема сообщена с выпускным трубопроводом и выполнена в виде термического дожигателя, снабженного устройством подвода добавочного воздуха. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что балансировочный поршень снабжен штоком, расположенным в направляющей дополнительного цилиндра, а пружины выполнены в виде рессоры с центральным отверстием, при этом концы рессоры расположены в опорах, установленных в картере, а шток закреплен в центральном отверстии рессоры. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что опоры установлены на картере подвижно с возможностью перемещения вдоль рессоры. 4. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен механизмом управления с датчиком частоты вращения коленчатого вала, а опоры кинематически связаны с механизмом управления.