ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B19/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано во всех отраслях, где применяют двигателя внутреннего сгорания.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий основной и вспомогательный цилиндр с поршнями, головку основного цилиндра, механизм для преобразования возвратно-поступательного движения основного поршня во вращательное движение коленчатого вала, основную камеру сгорания, образованную поршнем, головкой и стенкой основного цилиндра, снабженной продувочными и выпускными окнами, выполненную в головке основного цилиндра дополнительную камеру сгорания, снабженную свечой зажигания и выпускным подпружиненным клапаном и сообщенную с основной камерой сгорания при помощи соединительного канала, расположенную над вспомогательным поршнем вспомогательную камеру сжатия, соединительную через выпускной орган и канал подачи обогащенной смеси со вспомогательным карбюратором и при помощи нагнетательного органа и канала перепуска обогащенной смеси с дополнительной камерой сгорания, и картер с кривошипной камерой, подключенной к основной камере сгорания при помощи продувочного канала и к основному карбюратору через окно впуска обедненной смеси /1/.

Известный двигатель и заявленный различны по признакам, обеспечивающим раздельную подачу смеси, которая в известном двигателе осуществляется путем всасывания через кривошипную камеру обедненной смеси от вспомогательного карбюратора, а через межпоршневую камеру обогащенной смеси от основного карбюратора и сжигание ее в дополнительной камере сгорания. Однако подача обогащенной смеси в камеру сгорания осуществляется в конце такта выпуска и продувки, так что обогащенная смесь попадает в разреженную основную камеру сгорания. В результате происходит ее хаотическое смешение с обедненной смесью и получение разнородной смеси, что не позволяет использовать оптимальную степень сжатия из-за возможной детонации. По этой же причине подаче смеси в разреженное пространство во время продувки происходит частичный выброс топливной смеси в атмосферу. Поэтому технико-экономические показатели известного двигателя оказываются не удовлетворительными.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий основной и вспомогательный цилиндры с поршнями, головку основного цилиндра, механизм для преобразования возвратно-поступательного движения основного поршня во вращательное движение коленчатого вала, основную камеру сгорания, образованную поршнем, головкой и стенкой основного цилиндра, снабженной продувочными и выпускными окнами, выполненную в головке основного цилиндра дополнительную камеру сгорания, снабженную свечой зажигания и впуском подпружиненным клапаном и сообщенную с основной камерой сгорания при помощи соединительного клапана, расположенную над вспомогательным поршнем вспомогательную камеру сжатия, соединенную через впускной орган и канал подачи обогащенной смеси с вспомогательным карбюратором и при помощи нагнетательного органа и канала перепуска обогащенной смеси с дополнительной камерой сгорания и картер с кривошипной камерой, подключенной к основной камере сгорания при помощи продувочного канала и к основному карбюратору через окно впуска обедненной смеси, причем основной цилиндр с поршнем выполнен ступенчатыми, вспомогательный поршень жестко связан с картером и размещен внутри основного поршня, вспомогательная камера сжатия выполнена в межпоршневом пространстве, а канал подачи обогащенной смеси картера и во вспомогательном поршне, механизм для преобразования возвратно-поступательного движения основного поршня во вращательное движение коленчатого вала выполнен в виде крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма, впускной и нагнетательный органы вспомогательной камеры сжатия выполнены соответственно в виде C-образного канала и нижней части стенки основного поршня, кольцевая камера, заключенная между стенками основного ступенчатого цилиндра и поршня, сообщенная с окружающей средой при помощи вентиляционных окон /2/.

Данный двигатель, принятый за прототип, характеризуется с заявленным следующей общей совокупностью существенных признаков: цилиндр с головкой и поршнем, связанным с выходным валом, камера сгорания, кривошипная камера, при этом в поршне выполнена полость, в которой расположен неподвижный выступ (дополнительный поршень), разделяющий совместно с поршнем цилиндра на основную и компрессорную камеры, основная камера снабжена выпускными окнами, продувочными окнами, связанными посредством каналов с кривошипной камерой и сообщена по крайней мере посредством одного канала с камерой сгорания, компрессорная камера расположена между поршнем и выступом и связана с источником топливо-воздушной смеси и посредством канала с автоматическим клапаном с камерой сгорания, а последняя снабжена свечой зажигания.

Однако продувка известного двигателя осуществляется обедненной смесью, так как кривошипная камера подключена к источнику обедненной смеси, значительны потери на трение между штоком основного поршня и уплотнением во вспомогательном поршне-выступе, потери из-за гидравлического сопротивления в перепускных, впускных каналах при их относительно большом количестве и сложности конфигураций. В результате этого снижается эффективный коэффициент полезного действия, что снижает экономичность и удельную мощность двигателя. Кроме того, ограничена возможность формирования двигателя путем увеличения максимального давления рабочих газов из-за значительного роста механической и особенно тепловой напряженности на детали двигателя.

Заявленное изобретение направлено на создание двухтактного двигателя внутреннего сгорания с повышенными топливной экономичностью и удельной мощностью за счет повышения максимального давления рабочих газов при ограничении роста механической и тепловой напряженности деталей двигателя.

В двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с головкой и поршнем, связанным с выходным валом, камеру сгорания, кривошипную камеру, при этом в поршне выполнена полость, в которой расположен неподвижный выступ, разделяющий совместно с поршнем полость цилиндра на основную и компрессорную камеры, основная камера снабжена выпускными окнами, продувочными окнами, связанными посредством каналов с кривошипной камерой и сообщена с камерой сгорания, компрессорная камера расположена между поршнем и выступом и связана с источником богатой топливно-воздушной смеси и посредством канала с автоматическим клапаном с камерой сгорания, а последняя снабжена свечой зажигания, отличительным является то, что выступ жестко связан с головкой, основная камера расположена в кольцевой полости, ограниченной поверхностями поршня, головки, цилиндра и выступа, а компрессорная под выступом, при этом каналы, связывающие основную и компрессорную камеры с камерой сгорания, выполнены в выступе, а кривошипная камера подключена через впускное окно к воздухоочистителю.

В результате того, что выступ жестко связан с головкой цилиндра с образованием кольцевой камеры расширения, ограниченной стенками основного цилиндра, выступа, головки цилиндра и кольцевой поверхностью поршня, возможно более интенсивное охлаждение поршня, так как он дополнительно охлаждается от охлаждаемых стенок выступа, а это приводит в свою очередь к снижению тепловой напряженности поршня, что позволяет увеличить степень сжатия, и что в свою очередь повышает индикаторный коэффициент полезного действия.

Кольцевая камера расширения снижает интенсивность завихрения потоков рабочих газов во время рабочего хода и воздуха во время впуска и продувки, в результате чего снижается коэффициент остаточных газов, что в итоге приводит в росту индикаторного давления и индикаторного коэффициента полезного действия.

Камера сгорания выполнена в выступе и сообщена с камерой расширения при помощи каналов, которые перекрываются поршнем при его нахождении в верхней мертвой точке во время воспламенения смеси, в результате чего камера сгорания получается компактной, что снижает вероятность появления детонации и позволяет использовать более высокую степь сжатия, что приводит к увеличению индикаторного давления и индикаторного коэффициента полезного действия.

Продувка цилиндра воздухом позволяет уменьшить расход топлива.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя при завершенном такте "Рабочий ход"; на фиг. 2 при завершенном такте "Сжатие"; на фиг. 3 разрез по А-А на фиг. 1.

Двигатель содержит цилиндр 1, в которой установлен поршень 2, головку цилиндр 3, на которой жестко закреплен выступ 4. Поршень 2 соединен с кривошипно-шатунным механизмом 5 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, расположенным в кривошипной камере 6. Стенки цилиндра, выступа и кольцевые поверхности головки, поршня образуют камеру расширения 7. В выступе 4 выполнена камера сгорания 8, снабженная свечой зажигания 9 и сообщающаяся с кольцевой камерой расширения каналами 10, а каналом 11 через обратной клапан 12 с вспомогательной камерой сжатия 13 (компрессорная камера), образованной внутренней полостью поршня и торцевой поверхностью выступа. В цилиндре выступа выпускное окно 14 для отработанных газов, впускное окно 15 для воздуха, перепускные окна 16, соединенные перепускным каналом 17 с кривошипной камерой, впускное 18, соединенное с источником обогащения смеси 19. В поршне выполнены цилиндрическая полость и впускное окно 20 для обогащения смеси. Двигатель может быть выполнен с жидкостным или воздушным охлаждением.

Двигатель работает следующим образом.

При движении поршня 2 вниз от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) обогащенная смесь из источника 19 обогащенной смеси через впускные окна 18 и 20 подается во вспомогательную камеру сжатия 13. Одновременно чистый воздух, находящийся в кривошипной камере 6 (картере), сначала сжимается, а затем при открытии перепускного окна 16 перепускается по перепускному каналу 17 в кольцевую камеру расширения 7, через каналы 10 в камеру сгорания 8. При следующем ходе поршня 2 вверх от НМТ к ВМТ, который происходит под действием сил инерции масс вращающихся деталей, находящихся на валу двигателя, обогащенная смесь по каналу 11, открывая обратный клапан 12, вытесняется из компрессорной камеры 13 в камеру сгорания 8, где смешивается послойно с чистым воздухом и воспламеняется искрой от свечи зажигания 9. Обратный клапан 12 служит для того, чтобы раскаленные газы не попали в компрессорную камеру. Давление горячих газов действует на кольцевую поверхность поршня 2, поршень идет вниз, происходит рабочий ход. При ходе поршня вниз сначала открывается выпускное окно 14 и отработанные газы устремляются наружу, а воздух, впущенный в кривошипную камеру 6 через впускное окно 15 за счет разрежения, происходящего при движении поршня вверх, снижается. Затем открывается перепускное окно 16 и воздух по перепускному каналу 17 устраняется в кольцевую камеру расширения 7, через каналы 10 в камеру сгорания 8 и вытесняет оставшиеся отработанные газы. Происходит продувка. Одновременно с открытием выпускного окна 14 открывается впускные окна 18 и 20 и происходит впуск обогащенной смеси, затем повторяется такт сжатия, впуск воздуха в кривошипную камеру, воспламенение горючей смеси и так далее. В камере сгорания происходит послойное смешивание обогащенной смеси с воздухом таким образом, что в небольшом объеме под свечой зажигания всегда имеется обогащенная смесь, чем обеспечивается ее надежное воспламенение.

В силу того, что происходит послойное смешивание обогащенной смеси с воздухом и ее последующее обеднение, а также благодаря соответствующему тепловому режиму камеры сгорания, степень сжатия достигает оптимальных значений 11-12, что повышает максимальное давление газов в камере сгорания и в камере расширения, что в свою очередь повышает среднее индикаторное давление, а, следовательно, повышается коэффициент полезного действия и удельная мощность двигателя, а удельный расход топлива снижается.

Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр с головкой и поршнем, связанным с выходным валом, камеру сгорания, кривошипную камеру, при этом в поршне выполнена полость, в которой расположен выступ, жестко связанный с головкой, разделяющий совместно с поршнем цилиндра на основную и компрессорную камеры. Основная камера расположена в кольцевой полости, ограниченной поверхности поршня, головки, цилиндра и выступа, и снабжена выпускными и продувочными окнами, связанными посредством каналов с кривошипной камерой и сообщена с камерой сгорания. Компрессорная камера расположена под выступом и связана с источником богатой топливо-воздушной смеси и посредством канала - с камерой сгорания. Каналы, связывающие основную и компрессорную камеры с камерой сгорания, выполнены в выступе. Кривошипная камера подключена через выпускное окно к воздухоочистителю. Изобретение обеспечивает повышение функциональных характеристик за счет повышения максимального давления рабочих газов при ограничении роста механической и тепловой напряженности двигателя. 3 ил.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с головкой и поршнем, связанным с выходным валом, камеру сгорания, кривошипную камеру, при этом в поршне выполнена полость, в которой расположен неподвижный выступ, разделяющий совместно с поршнем полость цилиндра на основную и компрессорную камеры, основная камера снабжена выпускными окнами, продувочными окнами, связанными посредством каналов с кривошипной камерой, и сообщена с камерой сгорания, а компрессорная камера расположена между поршнем и выступом, связана с источником богатой топливо-воздушной смеси и посредством канала с автоматическим клапаном с камерой сгорания, последняя снабжена свечой зажигания, отличающийся тем, что неподвижный выступ жестко связан с головкой, основная камера сгорания расположена в кольцевой полости, ограниченной поверхностями поршня, головки, цилиндра и неподвижного выступа, а компрессорная камера расположена под неподвижным выступом, при этом в выступе выполнены каналы, связывающие основную и компрессорную камеры с камерой сгорания, а кривошипная камера подключена через выпускное окно к воздухоочистителю.