ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B33/32 F02B75/26 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускными и выпускными окнами и размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, кинематически связанными при помощи качающихся шайб с общим выходным валом, камеру сгорания, ограниченную цилиндром и днищами поршней при их положении во внутренней мертвой точке и имеющую топливную форсунку, и нагнетатель продувочного воздуха, расположенный на валу и охваченный кожухом, сообщенным с впускными окнами.

Однако известный нагнетатель выполнен в виде центробежного компрессора с колесом, что увеличивает габариты двигателя и не позволяет обеспечить оптимальный режим продувки и наддува цилиндра.

Целью изобретения является уменьшение габаритов двигателя и повышение его эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем по меньшей мере один цилиндр с впускными и выпускными окнами и размещенным в нем по меньшей мере одним поршнем, кинематически связанным с выходным валом, камеру сгорания, ограниченную цилиндром и днищем поршня и снабженную топливной форсункой, и нагнетатель продувочного воздуха, расположенный на выходном валу и охваченный кожухом, сообщенным с впускными окнами, нагнетатель выполнен в виде пластинчато-роторного насоса, а выходной вал с пазом, в последнем размещена пластина насоса, снабженная опорным узлом, а кожух смещен относительно оси вала. При этом опорный узел пластины может быть выполнен в виде двух цилиндрических выступов, расположенных на ней, и двух опорных колец, размещенных в кожухе с контактом с последним и снабженных выемками, сопряженными с соответствующими выступами пластины. Если используется одна пластина, то цилиндрические выступы расположены на боковых торцевых поверхностях пластины, по одному с каждой стороны, а выемки выполнены в боковых поверхностях опорных колец, расположенных по одному с каждой пластины. Если выходной вал снабжен вторым пазом, в котором установлена вторая пластина насоса с опорным узлом, цилиндрические выступы обеих пластин расположены на их периферийных торцевых поверхностях, причем выступы первой пластины расположены у ее боковых поверхностей, выступы второй пластины смещены от ее боковых поверхностей с возможностью сопряжения с опорными кольцами первой пластины, а выемки, выполнены на внутренних поверхностях опорных колец. В последнем случае кожух может быть выполнен ступенчатым, а пазы выходного вала могут быть выполнены параллельными, смещены относительно один другого и оси вала, а глубина пазов превышает радиус вала.

Сущность изобретения заключается в том, что расположение пластинчато-роторного насоса непосредственно на вале отбора мощности позволяет существенно упростить компоновку и улучшить массо-габаритные характеристики двигателя, а также отказаться от редуктора и других передач крутящего момента для привода нагнетателя двигателя. В предлагаемом устройстве двигателя достигнуто полное согласование процесса газообмена за время одного полного поворота вала. В частности, обеспечен оптимальный режим продувки и наддува цилиндра за счет соответствующей ориентации пластин на валу, при которой с началом открытия впускных окон давление воздуха в коллекторе нарастает и становится максимальным перед закрытием впускных окон. Такая организация импульсного наддува снижает затраты энергии в нагнетателе по сравнению с прототипом, в котором центробежный насос создает постоянное повышенное давление перед впускными окнами, даже когда они перекрыты поршнем.

Малое количество пластин позволяет снабдить их предлагаемым опорным узлом, благодаря которому износ пластин ограничивается их первоначальной притиркой, основная нагрузка и трение переносятся с периферийной поверхности пластин на опорные кольца, установленные в удобных для смазки местах, уменьшаются трение пластин в пазах и изгибающие моменты, действующие на периферийную часть пластины, контактирующую с корпусом.

Пазы пластин разнесены относительно диаметра вала и за счет этого углублены, что позволяет увеличить высоту пластин и соответственно рабочий объем компрессорных камер насоса без опасения повреждения пластин при работе двигателя. Увеличение рабочего объема насоса дает возможность снижения частоты оборотов при той же производительности, что приводит к уменьшению трения, облегчения смазки, повышению надежности и ресурса двигателя и его нагнетателя. В частности, наличие опорного узла у пластин существенно упрощает смазку и снижает механические потери в пластинчато-роторном насосе.

Достигнутая в предлагаемом устройстве синхронизация импульсного наддува пластинчато-роторным насосом с процессами газообмена в цилиндре ДВС позволяет использовать однолопаточный вариант насоса в одноцилиндровом, а двухлопаточный в двухцилиндровом двухтактном дизеле соответственно.

Таким образом достигается уменьшение габаритов двигателя и повышение его эффективности.

На фиг. 1 представлен двигатель (разрез Б-Б); на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант пластинчато-роторного насоса с двумя пластинами, снабженными опорными узлами (разрез В-В); на фиг. 4 разрез Г-Г на фиг. 3 (впускные и выпускные патрубки двигателя не показаны); на фиг. 5 продольный разрез пластинчато-роторного насоса с одной пластиной, снабженной опорным узлом; на фиг. 6 разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг. 7 разрез Е-Е на фиг. 5.

Работа устройства описана на примере двухцилиндрового двигателя с противоположно движущимися поршнями (фиг. 1,2), однако количество и расположение цилиндров не являются принципиальными. Двигатель может быть выполнен с разными вариантами пластинчато-роторного насоса.

П р и м е р 1 (фиг. 1-4). Двигатель содержит цилиндры 1 с впускными и выпускными окнами 2,3. В цилиндрах 1 размещены противоположно движущиеся поршни 4,5, причем поршни 5 управляют впускными окнами 2, а поршни 4 выпускными окнами 3. Поршни 4,5 кинематически связаны при помощи, например, качающихся шайб 6,7 с общим выходным валом 8. Камеры сгорания 9 ограничены цилиндрами 1 и днищами поршней 4,5 при их положении во внутренней мертвой точке и имеют топливные форсунки (не показаны). Нагнетатель продувочного воздуха выполнен в виде пластинчато-роторного насоса, охваченного кожухом 10. Вал 8 выполнен с пазами 11, в которых размещены пластины 12, 13 насоса. Кожух 10 смещен относительно вала 8 и сообщает с впускными окнами 2 при помощи впускных коллекторов 14. Опорный узел пластин выполнен в виде двух цилиндрических выступов 15, расположенных на периферийной поверхности 16 каждой пластины 12, 13, и опорных колец 17, размещенных в кожухе 10 с контактом с последним и снабженных выемками 18, сопряженными с соответствующими выступами 15 пластин 12,13, Выступы 15 пластины 12 расположены у ее боковых поверхностей, а выступы 15 пластины 13 смещены от ее боковых поверхностей с возможностью сопряжения с кольцами 17 пластины 12, и кожух 10 выполнен ступенчатым.

П р и м е р 2 (фиг. 5-7). Нагнетатель продувочного воздуха во втором варианте двигателя содержит вал 19, который размещен в кожухе 20. Вал 19 выполнен с пазом 21, в котором установлена пластина 22 с опорным узлом, представляющий собой два цилиндрических выступа (пальца) 23 на боковых поверхностях 24 пластины 22, которые контактируют с опорными кольцами 25, имеющими отверстия 26 (показано одно опорное кольцо 25 с соответствующим ему пальцем 23 пластины). Кольца 25 могут быть установлены в кожухе 20 на подшипниках или антифрикционном слое 27. Кожух 20 имеет впускной 28 и выпускной 29 патрубки, которые сообщены соответственно с полостями разряжения 30 и сжатия 31, причем последние разделены пластиной 22. Ось опорного кольца 25 смещена относительно оси вала 19, а палец 23 сопряжен с отверстием 26 кольца 25 с возможностью поворота (покачивания) в нем, что обеспечивает свободное радиальное перемещение пальца при повороте кольца в соответствии с движением пластины 22 в пазу 21 ротора. Поскольку расстояние от оси пальца 23 опорного узла до поверхности контакта пластины с корпусом остается при вращении постоянным, износ пластины 22 по поверхности контакта ограничен первоначальной притиркой. В дальнейшем вся нагрузка от действия центробежных сил приходится на легко смазываемые места контакта пальца 23 с опорным кольцом 25 и последнего с кожухом 20 (антифрикционный слой 27).

Двигатель по примеру 1 работает следующим образом.

При вращении вала 8 полость 32 (фиг.2), образованная последним и кожухом 10, заполняется свежим зарядом воздуха, поступающим через входной патрубок 33 из атмосферы. Вращение вала 8 обеспечивает сжатие поступившего заряда пластинами 12, 13 насоса. Сжатый заряд из полости 32 по выходному патрубку 34 поступает в распределительный коллектор 35, из которого перепускается во впускные коллекторы 14. При работе насоса опорные кольца 17 (фиг. 3,4) приводятся во вращение валом 8 через пластины 12, 13. Поверхность контакта опорных колец 17 с кожухом 10 легко смазывается с помощью каналов 36 в кожухе 10, что уменьшает трение. При подходе поршней 4, 5 к их наружным мертвым точкам в процессе расширения продуктов сгорания (фиг.1), поршнем 4 открываются выпускные окна 3, через которые отработавшие газы удаляются в выпускные коллекторы 37 и затем в атмосферу. Поршнем 5 открываются впускные окна 2 и сжатый пластинчато-pоторным насосом свежий заряд воздуха поступает из впускного коллектора 14 в цилиндр 1, продувает от остаточных газов и заполняет его. После перекрытия окон 2,3 поршнями 5,4 в цилиндре 1 происходит сжатие свежего заряда. В конце сжатия в камеру сгорания 9 впрыскивается топливо через форсунку. От контакта со сжатым воздухом топливо самовоспламеняется и сгорает. Цикл повторяется снова.

Нагнетатель продувочного воздуха в двигателе по примеру 2 работает следующим образом.

При вращении вала 19 от внешнего привода (не показан) опорные кольца 25 приводятся во вращение через пластину 22 с помощью пальцев 23. Вследствие увеличения объема полости разряжения 30 (фиг.7), в нее засасывается свежий заряд воздуха по впускному патрубку 28. Одновременно с другой стороны пластины 22 воздух сжимается в полости сжатия 31 и выталкивается через выпускной патрубок 29. Выпускной патрубок нагнетателя соединен с управляемыми поршнем впускными окнами цилиндра ДВС и роль клапана выполняет поршень двигателя, открывая в требуемые моменты полость сжатия насоса для впуска воздуха в цилиндр.

Сущность изобретения: с целью уменьшения габаритов двигателя и повышения его эффективности нагнетатель выполнен в виде охваченного кожухом 10 пластинчато-роторного насоса. Вал 8 выполнен с пазами 11, в которых размещены пластины 12, 13 насоса, снабженные опорными узлами. Кожух 10 смещен относительно оси вала 8 и сообщен с впускными окнами 2 при помощи впускных коллекторов 14. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускными и выпускными окнами и размещенным в нем по меньшей мере одним поршнем, кинематически связанным с выходным валом, камеру сгорания, ограниченную цилиндром и днищем поршня и снабженную топливной форсункой, и нагнетатель продувочного воздуха, расположенный на выходном валу и охваченный кожухом, сообщенным с впускными окнами, отличающийся тем, что нагнетатель выполнен в виде пластинчато-роторного насоса, а выходной вал с пазом, в последнем размещена пластина насоса, снабженная опорным узлом, а кожух смещен относительно оси вала. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что опорный узел пластины выполнен в виде двух цилиндрических выступов, расположенных на ней, и двух опорных колец, размещенных в кожухе с контактом с последним и снабженных выемками, сопряженными с соответствующими выступами пластины. 3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что цилиндрические выступы расположены на боковых торцевых поверхностях пластины по одному с каждой стороны, а выемки выполнены в боковых поверхностях опорных колец, расположенных по одному с каждой стороны пластины. 4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что выходной вал снабжен вторым пазом, в котором установлена вторая пластина насоса с опорным узлом, цилиндрические выступы обеих пластин расположены на их периферийных торцевых поверхностях, причем выступы первой пластины расположены у ее боковых поверхностей, выступы второй пластины смещены от ее боковых поверхностей с возможностью сопряжения с опорными кольцами первой пластины, а выемки выполнены на внутренних поверхностях опорных колец. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что кожух выполнен ступенчатым. 6. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что пазы выходного вала выполнены параллельными, смещены один относительно другого и оси вала, а глубина пазов превышает радиус вала.