ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F02B33/04 F02B25/02 

Изобретение относится к устройствам с простыми кривошипно-камерными нагнетателями для продувки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и подачи смазки с использованием давления в кривошипной камере, клапанным механизмам газораспределения и может быть использовано в автомобильных, тракторных, мотоциклетных, судовых и других промышленных ДВС.

Известны двухтактные ДВС с кривошипно-камерной продувкой, в которых для продувки используются впускные и выпускные окна, а также двигатели, содержащие автоматические впускные пластинчатые и тарельчатые клапаны в головке поршня вместо выпускных окон.

С целью улучшения топливно-экономических и экологических качеств двигателя, снижения расхода масла и повышения долговечности, в отличие от известного двигателя (авт.св. СССР N 1315631, кл. F 02 В 33/04, 1987), в первом варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр через охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод и автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для осуществления прямоточной продувки цилиндра. При этом перед впускным клапаном головки цилиндра с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд. Автоматический впускной клапан в головке цилиндра снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана. Впуск очищенного воздуха в кривошипную камеру производится через обратный клапан. Во втором варианте обратный клапан впуска в кривошипную камеру имеет грибковую форму, снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана и размещен на опоре, ребра жесткости которой являются крыльчаткой. Конец стержня обратного клапана впуска изготавливается коническим, а перед конусом на цилиндрической части стержня выполняется выточка (канавка) для дозирования порции масла.

В третьем варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр разделенным на два потока: один через автоматический клапан в поршне для петлевой продувки, а другой после охлаждения и ускоренного прохождения в диффузорном воздуховоде через автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для прямоточной продувки цилиндра, при этом для двигателей с искровым зажиганием с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд.

На фиг. 1 приведена схема рабочих органов ДВС первого и второго вариантов с кривошипно-камерной продувкой и грибковым клапаном впуска в кривошипную камеру; на фиг. 2 третий вариант схемы рабочих органов ДВС с кривошипно-камерной продувкой. Направление потоков заряда и отработавших газов условно показано на фигурах стрелками.

Двигатель содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал с шатуном 29, поршень 3, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6, автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, резервуар 16 с маслом, канал 17 масляный, трубку 18 подпитки избыточного давления воздуха в резервуаре, обратный клапан 19 подпитки, канал 20 воздушный, корпус 21, грибковый обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру, диффузорное седло 23 клапана, два нажимных кольца 24 с обратными конусами, упругое элластичное кольцо 25 круглого сечения, пружину 26 клапана впуска, опору 27 клапана, ребра жесткости 28 опоры и корпуса в виде крыльчатки.

Третий вариант ДВС содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал и шатун 29, поршень 3, автоматический впускной клапан 30 в поршне, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6 или топливную форсунку 6, дополнительный автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал для двигателей с искровым зажиганием, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, всасывающий обратный клапан 22 в кривошипную камеру.

Полный цикл работы двигателя осуществляется за два такта хода поршня. Нагнетание заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня 3 в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда. При движении поршня 3 из нижней мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 и закрытия клапана 7 происходит досжатие топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т. к. обратный клапан впуска 22 автоматически открывается. При подходе поршня к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере, охладителе нагнетаемого воздуха диффузорном воздуховоде и впускном канале головки цилиндра впускной клапан 7 автоматически откроется. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и прямоточная продувка цилиндра воздухом. С некоторым запаздыванием при появлении разрежения в коротком диффузоре производится приготовление топливно-воздушной части заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра топливно-воздушной частью заряда за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрывается под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется.

Во втором варианте ДВС дозированная подача масла в кривошипную камеру из резервуара 16 происходит по дросселированному каналу 17 путем заполнения дозированной выточки на стержне клапана 22 впуска. При разрежении в кривошипной камере и открытии клапана впуска его выточка выходит за пределы торца опоры, сообщаясь с вакуумом кривошипной камеры и проходящим потоком впускаемого турбулентного заряда воздуха. Мелкие капли масла увлекаются потоком к острому концу клапана, с которого они разбрызгиваются по всей кривошипной камере, в том числе и к трущимся поверхностям. При появлении избыточного давления в кривошипной камере и закрытии клапана впуска его выточка возвращается в замкнутое пространство опоры клапана. За счет избыточного давления в кривошипной камере при движении поршня вниз к ВМТ воздух по каналу 20 открывает обратный клапан 19 подпитки и через трубку 18 попадает в резервуар с маслом, создавая в нем постоянное избыточное давление для очередной дозированной подачи масла. Ввиду удлиненного пути прохождения воздушного заряда через диффузорный воздуховод и изменения направленности его движения унос масла из кривошипной камеры в камеру сгорания будет значительно меньше по сравнению с аналогами.

Полный цикл работы третьего варианта ДВС осуществляется за два такта - хода поршня. Нагнетание воздушного заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда для двигателей с искровым зажиганием. При движении поршня 3 из нижний мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 происходит досжатие воздушного или топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т.к. обратный клапан 22 впуска автоматически открывается. При подходе поршня 3 к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением осуществляется впрыск топлива из форсунки 6 для дизелей или подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси для двигателей с искровым зажиганием. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере сначала впускной клапан 30 в поршне, а затем и дополнительный впускной клапан 7 в головке цилиндра автоматически откроются. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и смешанная петлевая и прямоточная продувка цилиндра воздухом. Для двигателей с искровым зажиганием при открытии впускного клапана 7 с некоторым запаздыванием производится приготовление топливно-воздушного охлажденного заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14 и подача приготовленной части заряда в цилиндр. Для дизелей через клапан 7 в цилиндр подается часть охлажденного воздушного заряда. При движении поршня из НМТ вверх клапан 30 в поршне закроется под давлением потока заряда, движущегося с верхней части цилиндра в нижнюю и инерционно-гравитационных сил, действующих на клапан 30. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра свежим зарядом за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и охладительном диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрываются под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется.

Использование: в устройствах с простыми кривошипно-камерными нагнетателями для продувки двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска или карбюратор, снабжен охладителем нагнетаемого воздуха, выполненным в виде диффузорного воздуховода, автоматическим впускным тарельчатым клапаном, установленным в головке цилиндра, снабженным амортизирующе-буферным устройством, ограничивающим перемещение и скорость удара в конце хода клапана, при этом система впрыска топлива или карбюратор установлена перед впускным каналов в головке цилиндра. Рассмотрены другие варианты. Изобретение обеспечивает улучшение топливо-экономических и экологических качеств двигателя, снижение расхода масла и повышение долговечности. 3 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что он снабжен охладителем нагнетаемого воздуха, выполненным в виде диффузорного воздуховода, автоматическим впускным тарельчатым клапаном, установленным в головке цилиндра, снабженным амортизирующе-буферным устройством, ограничивающим перемещение и скорость удара в конце хода клапана, при этом система впрыска топлива или карбюратор установлены перед впускным каналом в головке цилиндра. 2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что обратный клапан впускного канала выполнен грибовидной формы, размещен на опоре, ребра жесткости которой выполнены в виде крыльчатки, а на стержне клапана выполнена выточка, дозирующая подачу масла вместе с воздушным зарядом из масляного резервуара, снабженного дополнительным обратным клапаном. 3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна, систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что поршень снабжен автоматическим впускным тарельчатым клапаном, а в головке цилиндра установлен дополнительный автоматический впускной тарельчатый клапан, который соединен с кривошипной камерой при помощи диффузорного воздуховода.