ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B33/14 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Известен двухтактный двигатель со ступенчатым поршнем, имеющий рабочий цилиндр с короткими продувочными каналами, соединяющими продувочные окна с входными отверстиями, расположенными ниже продувочных окон, нагнетательный цилиндр, соосный рабочему, диаметром, превышающим диаметр рабочего цилиндра, полый ступенчатый поршень, размещенный в обоих цилиндрах соответствующими ступенями, меньшая ступень которого управляет открыванием продувочных окон и имеет в боковых стенках перепускные отверстия, совпадающие с входными отверстиями продувочных каналов при нахождении поршня вблизи нижней мертвой точки.

В известной конструкции не может быть обеспечена качественная продувка рабочего цилиндра из-за низкого коэффициента наполнения продувочного насоса, связанного со значительным увеличением "вредного пространства" поршневого насоса на большую величину внутреннего объема длинного ступенчатого поршня; из-за падения давления в продувочном насосе при перемещении поршня из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке вблизи нижней мертвой точки, когда меньшая ступень поршня еще не перекрыла сообщение полости продувочного насоса с рабочим цилиндром, а объем продувочного насоса начинает увеличиваться.

Целью изобретения является повышение качества продувки рабочего цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания, а также получение от двигателя сжатого воздуха для питания посторонних потребителей, давление которого превышает давление продувки рабочего цилиндра двигателя.

Для достижения цели ступенчатый поршень со стороны нагнетания имеет перегородку с выполненным в ней впускным клапаном, а при необходимости получения от двигателя сжатого воздуха в перегородке, соосно поршню выполнено цилиндрической углубление, крышка нагнетательного насоса снабжена цилиндрическим выступом, соосным углублению и обращенным к нему, с возможностью входа в последнее с зазором, а клапан размещен в дне углубления.

В качестве примера конкретного выполнения предлагается конструкция двухтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями и одним коленчатым валом, продувочный насос которого используется в качестве компрессора, поставляющего потребителю сжатый воздух с давлением, превышающим давление наддува, схема которого изображена на фиг.1.

Двигатель содержит коленчатый вал 1 с тремя кривошипами, средний из которых соединяется шатуном 2 с выпускным поршнем 3, управляющим открыванием выпускных окон 4 в рабочем цилиндре 5, а два крайних соединяются двумя шатунами 6 со ступенчатым поршнем 7, ступень меньшего диаметра которого помещается в рабочем цилиндре, а ступень большего диаметра в нагнетательном цилиндре 8. Ступенчатый поршень 7 управляет в рабочем цилиндре 5 открыванием продувочных окон 9 и содержит впускной клапан 10, расположенный на конце цилиндрического углубления 11 в центре днища большего диаметра, а в центре крышки 12 нагнетательного цилиндра 8 соосно углублению 11 расположен цилиндрический выступ 13, высота и диаметр которого позволяют ему входить с небольшим зазором в углубление 11 в поршне 7. В боковой поверхности меньшей ступени поршня 7 выполнены перепускные отверстия 14, которые при нахождении поршня 7 вблизи нижней мертвой точки совпадают с входными отверстиями 15 пpодувочных каналов 16, выполненных в боковой поверхности рабочего цилиндра. В крышке 12 цилиндра 8 размещается впускной клапан 17 для впуска воздуха из атмосферы и выпускной клапан 18, соединяющий нагнетательный цилиндр 8 с потребителем сжатого воздуха, давление открывания которого должно превышать давление наддува.

Двигатель работает следующим образом.

При рабочем ходе в рабочем цилиндре 5 поршни 3, 7 движутся из верхних мертвых точек к нижним мертвым точкам, сжимая воздух в нагнетательном цилиндре 8, под воздействием которого открывается впускной клапан 10 в днище ступенчатого поршня 7 и внутреннее пространство поршня 7 наполняется сжатым в цилиндре 8 воздухом. Поступление воздуха внутрь поршня 7 продолжается до достижения днищем поршня 7 цилиндрического выступа 13 на крышке 12, который, входя в углубление 11, перекрывает поступление сжатого воздуха из цилиндра во внутреннее пространство поршня 7, а при дальнейшем движении поршня 7 давление в цилиндре 8 повышается, и открывается выпускной клапан 18, пропуская сжатый воздух к его потребителям. В то же время при подходе поршня 7 к нижней мертвой точке отверстия 14 в боковых поверхностях меньшей ступени поршня 7 совмещаются с отверстиями 15 продувочных каналов 16 в стенках рабочего цилиндра 5, и сжатый воздух из внутренней полости поршня 7 через продувочные каналы 16, выходящие в рабочий цилиндр 5 окнами 9, поступает в последний, вытесняя из цилиндра отработавшие газы. При обратном движении поршней 3 и 7 в рабочем цилиндре осуществляется сжатие рабочей смеси, а в нагнетательном цилиндре 8 через открытый впускной клапан 18 происходит впуск из атмосферы новой порции воздуха.

Другим примером конкретного выполнения может служить конструкция двухтактного одноцилиндрового двигателя с одним ступенчатым поршнем и кривошипно-камерной системой наддува, схема которого изображена на фиг.2.

Двигатель содержит ступенчатый цилиндр, ступень которого с меньшим диаметром является рабочим диаметром 19, в его головке 20 расположен выпускной клапан 21, а ступень цилиндра большего диаметра является нагнетательным цилиндром 22 и примыкает к кривошипной камере 23 с расположенным в ней коленчатым валом 24, соединенным с расположенным в цилиндрах 19 и 22 ступенчатым полым поршнем 25 посредством шатуна 26. Полость цилиндра 22, расположенная со стороны кривошипной камеры 23, образует с последней объемный насос для продувки рабочего цилиндра 19. Для этого поршень 25 со стороны цилиндра 22, обращенной к кривошипной камере 23, снабжен перегородкой 27 с впускным клапаном 28, а в боковой поверхности ступени поршня 25 меньшего диаметра выполняются перепускные отверстия 29, которые при нахождении поршня 25 вблизи нижней мертвой точки совмещаются с входными отверстиями 30 продувочных каналов 31, выполненных в нижней части рабочего цилиндра 19, оканчивающихся продувочными окнами 32, выходящими в надпоршневое пространство рабочего цилиндра 19. Кольцевая полость цилиндра 22, расположенная со стороны рабочего цилиндра 19, может быть использована в качестве компрессора, для чего в кольцевой крышке 23 цилиндра 22 выполняются впускной 34 и выпускной 25 клапаны, а при отсутствии необходимости в компрессоре на место клапанов 34 и 35 устанавливается сапун. Для впуска воздуха из атмосферы в кривошипную камеру 23 в последней выполняется впускной клапан 36.

Двигатель работает следующим образом.

При рабочем ходе в цилиндре 19 поршень 25 движется из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, сжимая воздух в кривошипной камере 23, который через впускной клапан 28 в перегородке 27 поршня 25 поступает в его внутреннюю полость, из которой через отверстия 29 при совпадении с входными отверстиями 30 продувочных каналов 31, что происходит при движении поршня 25 вблизи нижней мертвой точки, сжатый воздух из внутренней полости поршня 25 поступает в надпоршневое пространство рабочего цилиндра 19, вытесняя из него продукты сгорания, выходящие из цилиндра 19 через выпускной клапан 21. При обратном движении поршня 25 впускной клапан 28 в нем закрывается, а впускной клапан 36 кривошипной камеры 23 открывается под воздействием разрежения в кривошипной камере, и она наполняется воздухом из атмосферы.

Сущность изобретения: при движении ступенчатого поршня из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в нагнетательном цилиндре происходит сжатие воздуха, который открывает впускной клапан в дне углубления перегородки и заполняет внутреннее пространство поршня. При вхождении цилиндрического выступа на крышке нагнетательного цилиндра в углубление перегородки поршня поступление сжатого воздуха из нагнетательного цилиндра прекращается и начинается дальнейшее сжатие воздуха в нагнетательном цилиндре, а при достижении давления, необходимого потребителю, выпускной клапан в крышке открывается, выпуская сжатый воздух в ресивер. Выпускной клапан отрегулирован на более высокое давление продувки, поэтому при давлении продувки он не открывается, что исключает ухудшение качества продувки рабочего цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий рабочий цилиндр, выполненный с продувочными каналами, имеющими входные отверстия и продувочные окна, и выпускным органом, нагнетательный цилиндр, выполненный соосным с рабочим цилиндром диаметром, превышающим диаметр последнего, и имеющий крышку с впускным органом, и ступенчатый поршень, размещенный в обоих цилиндрах соответствующими ступенями, управляющий ступенью меньшего диаметра продувочными окнами, выполненный полым и имеющий перепускные отверстия, выполненные на его боковой поверхности с возможностью совпадения с входными отверстиями продувочных каналов при положении поршня вблизи нижней мертвой точки, отличающийся тем, что поршень со стороны нагнетательного цилиндра снабжен перегородкой с впускным клапаном. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в перегородке соосно с поршнем выполнено цилиндрическое углубление, крышка нагнетательного цилиндра снабжена цилиндрическим выступом, соосно с углублением и обращенным к нему с возможностью входа в последнее с зазором, а впускной клапан размещен в дне углубления.