БЕСШАТУННЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B75/32 F02B33/20 

Изобретение относится к двигателестроению.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания [1] в котором преобразование поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала происходит с помощью сложной двухвальной кинематической синхронизированной системы и газораспределительный механизм которого, размещенный в штоко-поршневом узле, значительно усложняют кинематику двигателя и снижают его надежность.

Известен двигатель внутреннего сгорания [2] в котором преобразование поступательного движения поршня происходит с помощью кулисы и 2-х синхронизированных валов, двигатель снабжен подпоршневой продувочной, дополнительно герметизированной по штоку, полостью. Недостатком двигателя также является наличие 2-х валов, что значительно повышает требования к точности выполнения размеров составных элементов или вызывает необходимость в конструктивных элементах кинематической компенсации, а наличие герметизации по штоку, вызывающей усложнение системы продувки, усложняют конструкцию и не исключают присущего большинству двухтактных двигателей недостатка, наличия симметричных фаз газораспределения, снижающих их экономичность.

Более близким техническим решением является известный двигатель внутреннего сгорания [3] принятый за прототип, в котором применен кулисный механизм, а ползун кулисы является поршнем нагнетателя. Однако в нем система продувки содержит ряд элементов, усложняющих конструкцию, т.е. дополнительные обратные клапаны для организации необходимого направления продувки, ресиверы с предохранительными клапанами, дополнительные каналы, при этом двухтактный вариант этой конструкции также имеет малоэкономичные симметричные фазы газораспределения. Кроме того, сложно обеспечить герметичность полостей кулисы из-за наличия тепловых рабочих зазоров между стенкой цилиндра и основным поршнем.

Целью заявляемого изобретения является уменьшение веса, упрощение конструкции, повышение экономичности за счет обеспечения несимметричных фаз газораспределения.

Указанная цель достигается тем, что, в известном двигателе внутреннего сгорания кулиса выполнена с торцевыми крышками, ограничивающими полости переменного объема, причем в оппозитных поршнях выполнены продувочные каналы, сообщенные своими входами с выпускными окнами кулисы, а в ползуне выполнены подводящие каналы с возможностью периодического сообщения полостей переменного объема с выпускными окнами кулисы; так же тем, что выходы продувочных каналов сообщены с перепускными каналами, выполненными в цилиндрах, а окна перепускных каналов, сообщенные с камерой сгорания, расположены со стороны выхлопных окон, причем каждое окно перепускного канала расположено между выхлопными окнами; или, так же, тем, что выходы продувочных каналов сообщены непосредственно с камерами сгорания, в этом случае перепускные каналы в стенке цилиндра не выполняются.

Благодаря актуальности повышения топливной экономичности энергетических установок, а также доступности практической реализации, предлагаемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Рассмотрев объекты того же назначения в пределах рубрик МКИ F 01 B 9/00 и F 02 B 75/32 можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. выполнение полой кулисы снабженной торцевыми крышками с образованием полостей переменного объема, снабженных впускными окнами, и связанных продувочными каналами, выполненными в ползуне и внутри поршня, с камерой сгорания не известны.2 На фиг. 1 изображен предлагаемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с каналами газораспределения в поршне, связанными с камерой сгорания через посредство перепускных каналов, выполненных в стенке цилиндра, на фиг. 2 с каналами газораспределения в поршне, связанными непосредственно с камерой сгорания.

Предлагаемый ДВС состоит из корпуса 1, на котором оппозитно установлены цилиндры 2, внутри которых размещены поршни 3, жестко связанные с полой кулисой 4, с размещенным внутри ползуном 5, связанным шарнирно с кривошипной эксцентриковой шейкой 6, причем кулиса 4 снабжена торцевыми крышками 7, осевыми пазами 8, обеспечивающими осевые перемещения эксцентриковой шейки 6, и впускными окнами 9. Внутри ползуна 5 выполнены каналы 10, которые в определенные моменты сообщаются с каналами 11, выполненными внутри поршней 3, каналы 11, в свою очередь, через перепускные окна 12 сообщаются с надпоршневыми полостями Г и Д, которые сообщаются с атмосферой через выхлопные окна 13 при подходе поршней 3 к нижней мертвой точке.

Предложенный ДВС работает следующим образом: корпус 1 объединяет все детали между собой, а так же служит впускным коллектором от источника рабочего заряда (вход по стрелке Е, фиг. 1 и 2, источник рабочего заряда не показан). Эксцентриковая шейка 6, совершая круговые движения по стрелке В, перемещает ползун 5 относительно кулисы 4 в горизонтальном направлении, а поршни 3 вертикально (направления взяты условно, согласно изображения, см. фиг. 1 и 2), причем фазовое перемещение поршней 3 происходит с "отставанием" относительно перемещения ползуна 5 на 90 градусов (на 1/4 периода). При вращении эксцентриковой шейки 6, например, от положения показанного на фиг. 1 и 2, в направлении стрелки В, ползун 5 перемещается влево, сжимая топливовоздушную смесь в полости А, открывая впускное окно 9 и приоткрывая пазы 8, обеспечивая всасывание смеси в полость Б. Из полости А в это время смесь, по каналу 10 в ползуне 5, по каналу 11 поршня 3 и через перепускное окно 12, попадает в рабочую полость Г, обеспечивая топливный заряд и вытеснение отработанных газов через выхлопное окно 13. В это время в рабочей полости Д происходит сгорание топливовоздушной смеси, повышение давления, энергия которого обеспечивает полезное рабочее движение поршня (условно вверх, на фиг. 1 и 2). При движении поршня вверх, в полости Г происходит процесс "продувки" до момента закрытия выхлопного окна 13, при этом перепускное окно 12 еще какое-то время остается открытым, что обеспечивает необходимое смещение фазы впуска и более полное наполнение рабочей камеры свежим рабочим зарядом уже после закрытия выхлопного окна. При дальнейшем движении поршня 3 к верхней мертвой точке происходит сжатие и воспламенение в рабочей полости Г, поршень, перейдя верхнюю мертвую точку, движется вниз, открывая в первую очередь перепускное окно 12, однако, в это время, ползун 5 находится в правой части кулисы 4, и каналы 10 и 11 "верхнего" поршня разобщены до значительного открытия выхлопного окна 13, а сообщаются только после того, когда процесс выпуска отработанных газов в основном закончится. Далее процессы повторяются, рабочие воспламенения следуют через 180 градусов.

Вышеописанное чередование фазы выпуска и впуска обеспечивает несимметричный характер диаграммы газораспределения и повышает общую экономичность рабочего процесса предложенного ДВС, кроме того такая компановка ДВС позволяет уменьшить количество шарниров до трех, тогда как в традиционных, шатунных ДВС, для двух цилиндров минимум 6.

Работа ДВС, изображенного на фиг. 2 происходит аналогично, однако уменьшается количество окон в стенках цилиндров, упрощается их изготовление, а также упрощается изготовление поршней и головок цилиндров, уменьшаются габариты и вес.

Использование: двухтактные двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двухтактный двигатель создан на базе известного кривошипно-кулисного механизма с оппозитно расположенными цилиндрами 1. Ползун 5 с герметизированной кулисой 4 образуют продувочный компрессор, рабочие полости которого через соответствующие каналы в ползуне 5 и в теле поршня 3 связаны с камерами сгорания двигателя в моменты, определенные диаграммой газораспределения. Предложенная конструкция позволяет получить несимметричные фазы газораспределения, т.к. ползун кулисы "опережает" движение поршня по фазе 1/4 периода, позволяющие рационально чередовать фазы выхлопа, продувки и наполнения свежей рабочей смесью, и, следовательно, повысить экономичность двигателя. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Бесшатунный двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с оппозитными цилиндрами, оппозитные поршни, размещенные в цилиндрах с образованием с последними камер сгорания и жестко связанные с полой кулисой, кривошип с эксцентриковой шейкой, установленный в корпусе, ползун, выполненный в виде поршня, размещенный в кулисе с образованием с последней полостей переменного объема и связанный с эксцентриковой шейкой кривошипа, причем в кулисе выполнены боковые пазы и впускные и выпускные окна, эксцентриковая шейка размещена в боковых пазах, впускные окна сообщены с источником топливовоздушной смеси, выпускные окна с камерами сгорания, а в цилиндрах выполнены выхлопные окна, отличающийся тем, что кулиса выполнена с торцевыми крышками, ограничивающими полости переменного объема, причем в оппозитных поршнях выполнены продувочные каналы, сообщенные своими входами с выпускными окнами кулисы, а в ползуне выполнены подводящие каналы с возможностью периодического сообщения полостей переменного объема с выпускными окнами кулисы. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходы продувочных каналов сообщены с перепускными каналами, выполненными в цилиндрах, окна перепускных каналов, сообщенные с камерой сгорания, расположены со стороны выхлопных окон, причем каждое окно перепускного канала расположено между выхлопными окнами. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходы продувочных каналов сообщены непосредственно с камерами сгорания.