ДВИГАТЕЛЬ ОЛЬШЕВСКОГО Российский патент 1998 года по МПК F02B25/10 

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности, к двухтактным двигателям с внешним смесеобразованием и разделением процессов впуска и выпуска.

В двигателях с разделением процессов впуска и выпуска разделение горючей смеси и отработавших газов во время газообмена осуществляется при помощи подвижной перегородки. Известен мотокомпрессор [1], содержащий двухтактный ДВС для привода поршневого компрессора, выполненного V-образным. В цилиндре двигателя помещена подвижная перегородка, соединенная при помощи штока с днищем одного из поршней компрессора, шатун которого сочленен с плечом шатуна другого поршня компрессора. Передача от коленчатого вала двигателя к коленвалу компрессора выполнена в виде вала с двумя парами конических шестерен с передаточным отношением 1 : 1. В подвижной перегородке выполнен перепускной клапан. Газообмен осуществляется при помощи клапана и выпускных окон в нижней части цилиндра.

Недостатком известной конструкции двигателя является обязательное присутствие компрессора для привода подвижной перегородки без специального механизма. Кроме того, перегородка приводится в движение при помощи штока, увеличивающего силы трения. Для перепуска горючей смеси в перегородке имеется перепускной клапан, усложняющий конструкцию и вызывающий появление новых потерь.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является двухтактный ДВС с подвижной перегородкой [2], приводимой в движение кулачком, имеющим механический привод от коленвала. Газообмен осуществляется посредством впускного клапана и выпускного окна в нижней части цилиндра. Для перепуска воздуха в подвижной перегородке имеется перепускной клапана.

Недостатком известной конструкции является механический привод подвижной перегородки, вызывающий появление высоких сил инерции и трения.

Механический привод подвижной перегородки имеет повышенные значения сил инерции и трения. Уменьшить потери при газообмене посредством уменьшения сил инерции и трения позволит привод подвижной перегородки энергией сжатого газа, например, горючей смеси. Потери на привод устройств, повышающих давление газа, компенсируются эффективностью работы двигателя за счет увеличения весового наполнения цилиндра двигателя, для чего специально создаются системы наддува двухтактных двигателей [3].

В известном двухтактном ДВС с подвижной перегородкой содержится кривошипно-шатунный механизм, цилиндро-поршневую группу, систему питания, систему смазки, систему охлаждения, корпус, систему газораспределения. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод об отличии заявляемого двухтактного ДВС с разделением процессов впуска и выпуска в том, что подвижная перегородка выполнена свободной и приводится в движение энергией сжатого газа, например, горючей смеси. В частном случае в подвижной перегородке отсутствует перепускной клапан. Управление газами осуществляется посредством впускного, выпускного клапанов, золотника в виде кольца с впускными и выпускными окнами, распределительного вала с кулачками и механическим приводом от коленвала.

Изобретение подтверждается чертежами. На фиг. 1 представлен поперечный разрез двигателя, на фиг. 2 - продольный разрез; на фиг. 3 изображен цепной привод распределительного вала и нагнетателя; на фиг. 4 показан золотник; на фигурах 5, 6, 7, 8 представлены схемы двигателя без карбюратора и выпускного коллектора с головкой, повернутой для наглядности на 90 градусов, соответственно рабочий ход, выпуск, впуск-выпуск, сжатие во время полуцикла, при котором перегородка лежит на поршне во время рабочего хода; на фигурах 9, 10, 11, 12 показаны схемы двигателя без карбюратора и выпускного коллектора с головкой, повернутой для наглядности на 90 градусов, соответственно рабочий ход, выпуск, впуск-выпуск, сжатие во время полуцикла, при котором перегородка не лежит на поршне во время рабочего хода.

Двигатель содержит поршень с компрессионными кольцами 1 и кольцевой выточкой 2. Поршень связан через поршневой палец 3 и шатун 4 с коленчатым валом двигателя 6. Коленчатый вал установлен в подшипниках 6, посредством шлицевого соединения и гайки 7 связан с маховиком 8. Гильза цилиндра 9 вставлен в корпус цилиндра 10 с водяным охлаждением. В корпусе выполнены впускной 11, выпускной 12 каналы и нагнетатель 13. На корпусе установлены выпускной коллектор 14 и карбюратор 15. В верхней части корпуса закреплена головка цилиндра 16 с водяным охлаждением. Между цилиндрическим выступом 17 на головке и гильзой цилиндра 9 образована кольцевая канавка 18. В цилиндре установлена подвижная перегородка 19 с кольцевыми выступами 20, канавками 21 для прохода газов и полостью 22, облегчающей перегородку. Для управления газами двигатель содержит систему газораспределения, состоящую из золотника 23 в виде кольца с впускными 24 и выпускными 25 окнами на разных уровнях, толкателей 26 для управления кольцом, впускного 27 и выпускного 28 клапанов, распределительного вала 29 с кулачками 30. Распределительный вал 29 установлен в опорах 31 и удерживается от осевого перемещения пластиной 32. Возврат золотникового кольца и клапанов в исходное положение осуществляется пружинами 33.

Привод распределительного вала 29, нагнетателя 13 осуществляется цепью 34. Ведущая звездочка 35 посажена на ось коленчатого вала 5 и закреплена гайкой 36. Звездочка 37 на распределительном валу 29 в два раза большего диаметра по сравнению с другими звездочками. Привод нагнетателя 13 осуществляется посредством звездочки 38 и редуктора 39. Натяжение цепи осуществляется узлом натяжения 40.

Подшипники 6 установлены в картере 41, состоящем из двух половин. Сальниковое уплотнение 42 осев коленвала 5 удерживается крышками 43. Механизмы в головке двигателя закрыты крышкой 44, а цепная передача - крышкой 45. В корпус цилиндра 10 с натягом вставлен цилиндр 46 для установки золотника 23.

Для воспламенения горючей смеси в гильзе 9 и в корпусе цилиндра 10 установлена свеча 47. Системы смазки, охлаждения, питания, пуска, зажигания на чертежах показаны частично или не показаны.

Двигатель работает следующим образом.

При положении поршня 1 с перегородкой 19, лежащей на нем в крайнем верхнем положении, называемом верхней мертвой точкой "ВМТ" (фиг. 5), горючая смесь в камере сгорания, образованной цилиндром 9, головкой цилиндра 16 и перегородкой 19, самовоспламенилась от сжатия. При движении поршня 1 с перегородкой 19 вниз под действием расширения воспламененной смеси (в камере сгорания) совершается полезная работа.

При дальнейшем движении поршня 1 с перегородкой 19 вниз сначала открывается выпускной клапан 28 под влиянием кулачка 30. Отработавшие газы под высоким давлением устремляются через клапан 28 в выпускной канал 12 (фиг. 6). Потом открываются впускные окна 24 при опускании золотника 23 под влиянием толкателей 26 и кулачков 30. Горючая смесь под высоким давлением, созданным нагнетателем 13, устремляется через впускные окна 24, канавки 21 в перегородке 19 в полость между поршнем 1 и перегородкой 19 и приводит в движение перегородку 19, которая вытесняет оставшиеся в цилиндре отработавшие газы (фиг. 7). Торможение быстродвижущейся перегородки 19 осуществляется при помощи "воздушной подушки", образованной кольцевым выступом 20 на перегородке и кольцевой канавкой 18. Движение перегородки 19 вверх осуществляется при движении поршня 1 около нижней мертвой точки (НМТ), что соответствует примерно 90 градусам вращения коленчатого вала 5.

Движение поршня 1 вверх (фиг. 8) под действием коленчатого вала 5, соединенного с маховиком 8, и шатуна 4 сопровождается закрытием впускного окна 24 поршнем 1, выпускного клапана 28 и сжатием горючей смеси между поршнем 1 и перегородкой 19. Вблизи ВМТ происходит самовоспламенение горючей смеси. Камера сгорания в этом случае образована перегородкой 19, находящейся в верхней части, и поршнем 1 (фиг. 9). При движении поршня 1 вниз под действием воспламененной смеси (в камере сгорания) совершается полезная работа.

При дальнейшем движении поршня 1 вниз сначала открываются выпускные окна кромкой поршня 1. Отработавшие газы под высоким давлением устремляются через выпускные окна в выпускной канал 12 (фиг. 10). Потом открывается впускной клапан 27 под влиянием кулачка 30. Горючая смесь под высоким давлением устремляется в полость между перегородкой 19 и головкой цилиндра 16, приводя в движение перегородку 19, которая вытесняет оставшиеся в цилиндре 9 отработавшие газы (фиг. 11). Торможение быстродвижущейся перегородки 19 осуществляется при помощи "воздушной подушки", образованной между поршнем 1, перегородкой 19 и ограничиваемой кольцевым выступом 20 перегородки 19. Движение перегородки вниз осуществляется при движении поршня около НМТ, что соответствует примерно 90 градусам вращения коленчатого вала 5.

Движение поршня 1 вверх (фиг. 12) под действием коленчатого вала 5, соединенного с маховиком 8, и шатуна 4 сопровождается закрытием впускного клапана 27 и сжатием горючей смеси в камере, образованной перегородкой 19. Головкой цилиндра 26 и гильзой цилиндра 9.

Затем цикл повторяется. Из-за большего диаметра и в два раза большего числа зубьев звездочки 37, по сравнению с другими звездочками, распределительный вал 29 вращается в два раза медленеее коленчатого вала 5, поэтому цикл газораспределения совершается за два оборота коленчатого вала 5.

Источники информации
1. Марчук О.Н. О возможности создания двухтактного двигателя с внешним смесеобразованием. Киев, Изд-во Киевского ун-та, 1970, 23 с.

2. Двухтактный ДВС с дополнительным поршнем. Титива Тадаеси. Япон. пат., кл. 51 A1, (F 02 B), N = 47-505222 /Реферативный журнал "Двигатели внутреннего сгорания", М., ВИНИТИ, 1974, N 6, Бюллетень 6.39.37П.

3. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двухтактные двигатели внутреннего сгорания. М., Машгиз, 1960, с. 370.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двухтактным двигателям с внешним смесеобразованием и разделением процессов впуска и выпуска. Двигатель внутреннего сгорания содержит кривошипно-шатунный механизм, цилиндропоршневую группу, системы питания, смазки, охлаждения, газораспределения, корпус, свободную подвижную перегородку, приводимую в движение энергией сжатого газа, впускные и выпускные окна в нижней части цилиндра, а также впускные и выпускные клапаны в верхней части цилиндра, а система газораспределения снабжена золотником с толкателями, открывающим впускные и выпускные окна в нижней части цилиндра, при этом толкатели управляют впускными и выпускными клапанами посредством распределительного вала с кулачками. Изобретение обеспечивает уменьшение потерь при газообмене посредством уменьшения сил инерции и трения. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с разделением процессов впуска и выпуска, содержащий кривошипно-шатунный механизм, цилиндропоршневую группу, системы питания, смазки, охлаждения, газораспределения, корпус, свободную подвижную перегородку без перепускного клапана, приводимую в движение энергией сжатого газа, отличающийся тем, что впускные и выпускные каналы имеются как в нижней, так и в верхней частях цилиндра двигателя, в первом полуцикле во время рабочего хода подвижная перегородка находится в нижней части цилиндра и лежит на поршне, в конце рабочего хода в нижней части цилиндра открылся лишь впускной канал и впускаемые газы под давлением имеют возможность проходить по щелям между поршнем и перегородкой, в верхней части открылся лишь выпускной канал, во время газообмена кривошипно-шатунный механизм расположен около нижней мертвой точки, с нижней стороны перегородки под давлением действуют впускные газы, перегородка имеет возможность вытеснять отработавшие газы, в конце процесса газообмена перегородка, вытеснив отработавшие газы, находится в верхней части цилиндра, в момент сжатия впускные и выпускные каналы закрыты, перегородка находится в верхней части цилиндра, во втором полуцикле во время рабочего хода перегородка находится в верхней части цилиндра, в конце рабочего хода в нижней части цилиндра открылся лишь выпускной канал, в верхней части цилиндра открылся лишь впускной канал и впускаемые газы под давлением имеют возможность по щелям проникать над перегородкой и двигать перегородку вниз, во время газообмена кривошипно-шатунный механизм расположен около нижней мертвой точки, с верхней стороны перегородки под давлением действуют впускные газы, перегородка имеет возможность вытеснять отработавшие газы, в конце процесса газообмена перегородка находится в нижней части цилиндра и лежит на поршне, образуя щели между поршнем для выхода отработавших газов, в момент сжатия впускные и выпускные каналы закрыты, перегородка лежит на поршне в нижней части цилиндра. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газораспределение осуществляется распределительным валом с кулачками, во время первого полуцикла в конце рабочего хода открывающим впускной канал в нижней части цилиндра и выпускной канал в верхней части цилиндра, а во время второго полуцикла в конце рабочего хода открывающим выпускной канал в нижней части цилиндра и впускной канал в верхней части цилиндра. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что впускные и выпускные окна в цилиндре открываются золотником. 4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что золотник выполнен в виде кольца с впускными и выпускными окнами. 5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что впускные и выпускные окна в золотнике расположены на разных уровнях, золотник имеет возможность двигаться вверх-вниз вдоль гильзы цилиндра, открывая-закрывая окна. 6. Двигатель по пп. 2 и 5, отличающийся тем, что золотник приводится в движение толкателями, управляемыми кулачками распределительного вала и пружинами. 7. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что газораспределение в верхней части цилиндра осуществляется клапанами, установленными в головке цилиндра, управляемыми кулачками распределительного вала и пружинами. 8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в подвижной перегородке выполнены полости, облегчающие перегородку. 9. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что торможение подвижной перегородки осуществляется газовыми полостями, образованными выступами и впадинами в подвижной перегородке и в частях двигателя, с которыми может произойти удар подвижной перегородки. 10. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что распределительный вал имеет цепной привод, при этом звездочка на распределительном вале в два раза большего диаметра, чем звездочка на кривошипном вале.