ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B33/22 F02B75/28 F01B7/16 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДДВС), которые имеют работающие в противофазе друг к другу рабочий и насосный цилиндры.

В качестве аналога может быть принята конструкция двигателя по патенту США [1] , которая имеет сложную форму рабочего и насосного цилиндра, а в качестве ближайшего прототипа может рассматриваться конструкция двигателя по патенту СССР [2].

Недостатками прототипа [2] являются малая удельная мощность на единицу массы, низкая экономичность и неэффективная продувка рабочего цилиндра, т.к. в момент продувки впускное и выпускное окно рабочего цилиндра практически находятся на одном уровне по диаметральному сечению рабочего цилиндра. Кроме того, увеличение количества рабочих цилиндров с целью повышения мощности двигателя связано с необходимостью увеличения его габарита по длине и значительного увеличения массы двигателя.

Предлагаемый двигатель, как и прототип, содержит поршни, установленные в расположенных параллельно друг другу и имеющих впускные и выпускные окна рабочем и насосном цилиндре, работающем в противофазе с рабочим цилиндром, а также рабочие полости рабочего и насосного цилиндров, образованные над поршнями одноименных цилиндров.

Целью изобретения является увеличение экономичности и удельной мощности двигателя на единицу массы, для чего необходимо уменьшить габариты двигателя по длине и повысить эффективность продувки рабочего цилиндра.

Это достигается тем, что он выполнен многорядным (двухрядным) с расположением цилиндров один над другим, у которых поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости.

Возможны варианты исполнения, в частности, когда кривошип поршня рабочей полости рабочего цилиндра с выпускным окном установлен с отклонением по углу поворота вала от кривошипа поршня рабочей полости цилиндра с впускным окном в направлении вращения вала с возможностью опережения открытия и закрытия выпускного окна рабочего цилиндра по отношению к впускному окну.

Изложенная сущность изобретения поясняется на фиг. 1-7, на которых показана конструкция двигателя (фиг. 1), а также схемы расположения поршней и фазы рабочего цикла двигателя по углу поворота вала (фиг.2 -7).

В качестве примера многорядного двигателя рассматривается двухрядный, у которого над рабочим и насосным цилиндром первого ряда расположены рабочий и насосный цилиндры второго ряда.

Варианты трех- и более рядных двигателей будут иметь аналогичную конструкцию, в которой цилиндры последующего ряда будут расположены над цилиндрами предыдущего ряда. При этом фазы рабочих цилиндров последующего ряда будут совпадать с фазами цилиндров предыдущего ряда. Поэтому принцип работы многорядного двигателя в варианте, соответствующем п.1 и п.2 формулы изобретения, может быть рассмотрен на примере работы рабочего и насосного цилиндра первого ряда.

Двухрядный двигатель содержит в первом ряду сдвоенный рабочий цилиндр 1 с поршнями 2 и 3, с общей камерой сгорания 4 и общей свечой зажигания или форсункой 5 для впрыска топлива, а также насосный цилиндр 6 с поршнем 7. Рабочий цилиндр 1 с поршнем 2 имеет выпускное окно 8, а рабочий цилиндр 1 с поршнем 3 имеет впускное окно 9. Насосный цилиндр 6 имеет впускное окно 10 и выпускное окно 11. Окна 8, 9 и 10 расположены над соответствующими поршнями 2, 3 и 7 при их положении в нижней мертвой точке. Насосный цилиндр 6 имеет выпускное окно 11, соединенное с помощью канала 12 с впускным окном 9. Выпускное окно 11 расположено над поршнем 7 при его положении в верхней мертвой точке. Объемы, описываемые поршнями 2, 3 и 7, образуют над соответствующими поршнями рабочие полости 15, 16 и 17,
Сдвоенный рабочий цилиндр 1 имеет между смежными цилиндрами перегородку 18, которая преграждает прямой путь свежей смеси от впускного окна 9 к выпускному окну 8, что позволяет обеспечить лучшую прямоточную продувку рабочего цилиндра 1 от сгоревших газов и устранить выброс части свежей смеси через выпускное окно 8, что повысит коэффициент наполнения рабочего цилиндра и экономичность двигателя.

Кривошип поршня 2 имеет отклонение по углу поворота вала в направлении вращения от кривошипа поршня 3 на угол α^°, который примерно равен 30^o. В результате при движении поршней 2 и 3 обеспечивается опережение открытия и закрытия выпускного окна 8 по сравнению с впускным окном 9.

Высота впускного 9 и выпускного окон 8 может быть одинаковой и выбирается равной величине хода поршня 2 и 3 при их движении от нижней мертвой точки, когда они открыты, до положения, соответствующего повороту кривошипов на угол в момент закрытия поршнями 2 и 3 соответственно окон 9 и 8 (см. фиг. 6). В свою очередь угол между кривошипом поршня 7 и кривошипом поршня 3 принимается равным 180^°-α^° (см. фиг. 7). В результате закрытие поршнем 3 впускного окна 9 происходит в момент подхода поршня 7 насосного цилиндра 6 к верхней мертвой точке, что обеспечивает более полное заполнение рабочего цилиндра 1 свежей смесью, т.к. исключается возможность обратного отсоса смеси в насосный цилиндр при движении поршня 7 вниз от верхней мертвой точки.

У двухрядного двигателя над рабочим цилиндром 1 и насосным цилиндром 6 первого ряда во втором ряду установлены рабочий цилиндр 19 и насосный цилиндр 20, имеющие соответственно поршни 21, 22 и 23. При этом поршни 21, 22 и 23 соединены соответствующими штоками 24, 25 и 26 с поршнями 2, 3 и 7. В остальном конструкция второго ряда двигателя аналогична конструкции первого ряда двигателя.

Особенностью конструкции двигателя второго ряда и последующих рядов может быть то, что общая камера сгорания 4 рабочего цилиндра 1, а также рабочие полости 15, 16 и 17 рабочего и насосного цилиндров выполнены с двух сторон поршня и обеспечивают цилиндрам двухстороннее действие. В результате в многорядном двигателе в несколько раз увеличивается мощность при уменьшении его массы, т.к. нет необходимости увеличивать длину коленвала и картера двигателя при увеличении количества рабочих полостей цилиндра. Например, если взять двухрядный двигатель, а во втором ряду использовать рабочий цилиндр двухстороннего действия, как показано на фиг. 1, то мощность двигателя по сравнению с известными конструкциями увеличится минимум в два раза без увеличения его габаритов по длине или с минимальным увеличением массы.

Принцип работы двухрядного двигателя в варианте по пп. 1 и 2 формулы изобретения можно рассмотреть на примере работы цилиндров первого ряда, т.к. рабочие полости первого ряда работают синхронно в той же фазе по углу поворота вала, как и аналогичные рабочие полости второго ряда, находящиеся над поршнем, а во втором ряду в цилиндрах двухстороннего действия рабочие полости рабочего и насосного цилиндров, находящиеся под поршнями, работают в противофазе со смежными полостями, находящимися над поршнями.

На фиг. 2 показана фаза рабочего цикла, когда в рабочем цилиндре 1 поршни 2 и 3 идут вниз, а в насосном цилиндре 6 поршень 7 из нижней мертвой точки начинает движение вверх. Закрыты окна 8 и 9 рабочего цилиндра и полностью открыто впускное окно 10 насосного цилиндра 6. В этом случае под действием вакуума происходит заполнение насосного цилиндра 6 свежей смесью. Одновременно происходит рабочий ход в цилиндре 1, т.к. в нем идет горение смеси.

На фиг. 3 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршни 2 и 3 идут вниз, а в цилиндре 6 поршень 7 идет вверх. При подходе поршней 2 и 3 к нижней мертвой точке, когда окна 9 и 10 еще закрыты, начинается открытие выпускного окна 8. В этом случае заканчивается рабочий ход в цилиндре 1, и продолжается сжатие смеси в насосном цилиндре 6.

На фиг. 4 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень 2 из нижней мертвой точки начинает двигаться вверх, а поршень 3 идет вниз. В цилиндре 1 полностью открыто выпускное окно 8 и начинает открываться впускное окно 9. В этом случае закончился рабочий ход в цилиндре 1 и начинается в нем продувка, т.к. смесь из насосного цилиндра 6 через выпускное окно 11 и впускное окно 9 поступает в рабочий цилиндр 1. При этом смесь сначала поступает в рабочую полость 16, а затем в рабочую полость 15, что позволяет обеспе- чить прямоточную продувку цилиндра 1.

На фиг. 5 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень 2 идет вверх, а поршень 3 вниз. Выпускное окно 8 и впускное окно 9 наполовину открыты. В этом случае продолжается продувка цилиндра 1 свежей смесью от сгоревших газов, а в насосном цилиндре 6 поршень 7 идет вверх и продолжается выталкивание свежей смеси в рабочий цилиндр 1.

На фиг. 6 показана фаза, когда в цилиндре 1 поршень идет вверх, поршень 3 из нижней мертвой точки начинает движение вверх, в цилиндре 6 поршень 7 идет вверх. Выпускное окно закрылось, впускное окно 9 полностью открыто. В этом случае поршень 7 вытесняет сжатую смесь из насосного цилиндра 6 в рабочий цилиндр 1. В цилиндре 1 начинается сжатие смеси. Если объем цилиндра 6 будет больше объема цилиндра 1, то в цилиндре 1 коэффициент наполнения будет больше единицы.

На фиг. 7 показана фаза, когда в цилиндре 1 продолжается движение поршней 2 и 3 вверх, а в цилиндре 6 поршень 7 из верхней мертвой точки начинает движение вниз. Все окна 8, 9 и 10 закрыты. В этом случае продолжается сжатие смеси в цилиндре 1, а в цилиндре 6 при движении поршня 7 вниз начинает создаваться разряжение.

Заполнение цилиндра 6 свежей смесью произойдет тогда, когда поршень 7 уйдет вниз и откроется впускное окно 10 (см. фиг. 2), а затем все фазы и циклы повторяются.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит поршни, установленные в расположенных параллельно и имеющих впускные и выпускные окна рабочем и насосном цилиндрах, причем насосный цилиндр работает в противофазе с рабочим цилиндром, а также рабочие полости насосного и рабочего цилиндров, образованные над поршнями одноименных цилиндров, при этом двигатель выполнен многорядным (двухрядным) с расположением цилиндров один над другим, у которых поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости. Кривошип поршня рабочей полости рабочего цилиндра с выпускным окном установлен с отклонением по углу повороту вала от кривошипа поршня рабочей полости рабочего цилиндра с впускным окном в направлении вращения вала с возможностью опережения открытия и закрытия выпускного окна рабочего цилиндра относительно впускного окна. Изобретение обеспечивает увеличение экономичности и удельной мощности двигателя. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

\ \ \1 1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни, установленные в расположенных параллельно друг другу и имеющих впускные и выпускные окна рабочем цилиндре и насосном цилиндре, работающем в противофазе с рабочим цилиндром, а также рабочие полости рабочего и насосного цилиндров, образованные над поршнями одноименных цилиндров, отличающийся тем, что он выполнен многорядным (двухрядным) с расположением цилиндров один над другим, у которых поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости. \ \ \ 2 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кривошип поршня рабочей полости рабочего цилиндра с выпускным окном установлен с отклонением по углу поворота вала от кривошипа поршня рабочей полости рабочего цилиндра с впускным окном в направлении вращения вала с возможностью опережения открытия и закрытия выпускного окна рабочего цилиндра по отношению к впускному окну.