СПОСОБ СЖАТИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ В ДВУХПОРШНЕВОМ ДВИГАТЕЛЕ С ОДНОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02B33/22 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известно изобретение - "Двухцилиндровый двигатель с одной камерой сгорания, способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси /варианты/, камера сгорания двухцилиндрового двигателя, способ воспламенения воздушно-топливной смеси".

Способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси в двухцилиндровом двигателе с коленчатым валом, с двумя рабочими поршнями, с одной камерой сгорания, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в одной камере сгорания создают основным и вспомогательным рабочими поршнями, взаимодействующими с коленчатым валом, состоящим из двух колен, центральные линии которых /вид с торца/, исходящие из центра оси коленчатого вала, имеют между собой угол в пределах от 0,1° до 89,9°, при достижении верхней /внутренней/ мертвой точки основным рабочим поршнем, создают в одной камере сгорания максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси, большая часть которой в этот момент находится во вспомогательном и переходном объемах одной камеры сгорания, после чего двигают основной рабочий поршень из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая основной объем камеры сгорания, одновременно с этим вспомогательным рабочим поршнем, двигающимся к верхней мертвой точке, перемещают максимально сжатую воздушно-топливную смесь из вспомогательного объема и переходного объема камеры сгорания в основной объем камеры сгорания и при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки воспламеняют максимально сжатую воздушно-топливную смесь в одной камере сгорания, причем величина вспомогательного объема камеры сгорания при нахождении вспомогательного рабочего поршня в верхней /внутренней/ мертвой точке составляет от 0,0001 до 40% от величины основного объема камеры сгорания в этот момент /Патент России №2187669, F 02 В 33/22, 20 августа 2002 г./.

Это изобретение взято в качестве прототипа. К недостаткам прототипа относится то, что запатентованный способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси является ошибочным. При достижении основным рабочим поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки можно создать максимальную величину степени сжатия, но ввиду нелинейности перемещения основного и вспомогательного рабочих поршней невозможно сохранить максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки и движении основного рабочего поршня к своей нижней мертвой точке.

Задачей изобретения является создание эффективного способа сжатия и воспламенения топливной смеси, при котором достигается наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя.

Технический результат достигается за счет того, что способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.

В заявленном изобретении, как и в прототипе, максимальное давление газов после воспламенения получают, когда первый /основной/ поршень 9 уже двигается из своей верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке и имеет значительный рычаг воздействия на ось коленчатого вала 2, но начинать воспламенять топливную смесь можно и до достижения верхней мертвой точки первым /основным/ поршнем 9, а второй /вспомогательный/ поршень 10, выполнив роль компрессора /поршня досжатия/, работает как обычный поршень.

На фиг.1 показан двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, первый поршень 9 находится в верхней мертвой точке, второй поршень 10 находится в пути из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.

На фиг.2 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.1.

На фиг.3 - двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, второй поршень 10 находится в верхней мертвой точке, первый поршень 9 находится в пути из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

На фиг.4 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.3.

На фиг.5 - колено 4 второго поршня 10, диапазон угла отклонения в пределах 90°-0,1°, не доходя до своей верхней точки, в определенный момент времени, в секторе движения колена 4 от 90° до 0,1° относительно верхней точки, создается максимальная компрессия.

На фиг.6 - колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - после прохождения своей верхней точки и колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки, момент достижения величины максимальной компрессии в камере сгорания при равных углах отклонения колен 3 и 4 коленчатого вала 2.

На фиг.7 - момент начала воспламенения топливной смеси, колена 3 и 4 коленчатого вала 2 первого 9 и второго 10 поршней - не доходя до своих верхних точек.

На фиг.8 - момент начала воспламенения топливной смеси, колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - находится в своей верхней точке, колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки.

На фиг.9 - колено 3 первого поршня 9, в определенный момент времени, в секторе движения колена 3 от 30° до верхней точки и до 60° после верхней точки, создается максимальная компрессия.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания содержит картер 1, коленчатый вал 2, первое колено 3, второе колено 4, первый шатун 5, второй шатун 6, первый цилиндр 7, второй цилиндр 8, первый поршень 9, второй поршень 10, первый объем 11 камеры сгорания, второй объем 12 камеры сгорания, переходный объем /переходник/ 13 камеры сгорания, вторую свечу 14 зажигания, первую свечу 15 зажигания, впускной клапан 16, впускной клапан 17, выпускной клапан 18.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания предназначен для работы на газе, бензине, возможно применение инжектора в двигателе, если добавить в конструкцию двигателя форсунку и топливный насос высокого давления, то он легко может превратиться в дизельный двигатель, работающий на дизельном топливе.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания работает на газе следующим образом: через впускные клапаны 16 и 17 подают топливную смесь, при движении первого 9 и второго 10 поршней к верхним мертвым точкам топливная смесь сжимается. При достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 создают в одной камере сгорания компрессию, близкую к максимальной, до 99,99%, большая часть или вся сжатая топливная смесь находится в этот момент во втором объеме 12 и переходном объеме 13 одной камеры сгорания, после чего двигают первый поршень 9 из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая первый объем 11 камеры сгорания, одновременно с этим вторым поршнем 10, двигающимся к верхней /внутренней/ мертвой точке, перемещают сжатую топливную смесь из второго объема 12 через переходный объем 13 камеры сгорания в первый объем 11 камеры сгорания. Ввиду большей скорости движения второго поршня 10 в этот момент, чем у первого поршня 9, возможно, также еще и ввиду большего диаметра второго поршня 10, чем у первого поршня 9, объем одной камеры сгорания уменьшается и создается максимальная компрессия.

При одинаковых поршнях 9 и 10 величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения угла колена 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10, в положении - не доходя до своей верхней точки и угла колена 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.

Возможны варианты работы двигателя, когда максимальная компрессия создается до достижения верхней мертвой точки первым поршнем 9, при достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 или после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. То есть колено 3 коленчатого вала 2, относящееся к первому поршню 9, при достижении максимальной компрессии, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед достижением своей верхней точки и до 60° относительно своей верхней точки, после прохождения своей верхней точки.

В любом варианте момент достижения максимальной компрессии наступает в секторе движения второго колена 4, когда второе колено 4 коленчатого вала 2 имеет угол отклонения в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, и при максимальной компрессии топливную смесь воспламеняют. В зависимости от величины угла между первым коленом 3 и вторым коленом 4 коленчатого вала 2, а угол может быть в пределах от 0,1° до 90°, в зависимости от момента достижения максимальной компрессии, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала 2 сжатую топливную смесь можно начинать воспламенять в определенный момент периода времени, который исчисляется от создания 80% величины максимальной компрессии, с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90%, то есть от 80% до 90% величины максимальной компрессии.

Возможны варианты, когда топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень 9 достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки, или начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня 9 в своей верхней /внутренней/ мертвой точке, или начинают воспламенять после прохождения первым поршнем 9 своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

Топливную смесь воспламеняют первой свечой 15 зажигания в первом объеме 11 камеры сгорания, относящемся к первому поршню 9, причем с опережением от 0,01 мкс до 300 мкс, относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме 12 камеры сгорания второй свечой 14 зажигания, относящемся ко второму поршню 10, для ускорения сжигания топливной смеси в первом объеме 11 камеры сгорания, так как первый поршень 9 увеличивает скорость движения к нижней мертвой точке и, соответственно, увеличивает первый объем 11 камеры сгорания.

Если это будет вариант дизельного двигателя, то возможен впрыск топлива через форсунку в объем камеры сгорания до достижения первым поршнем 9 своей верхней мертвой точки, в момент нахождения в верхней мертвой точке, а также возможен впрыск топлива и после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. Топливо через форсунку лучше впрыскивать в первый объем 11 камеры сгорания, относящийся к первому поршню 9.

Заявленное изобретение можно использовать и в других конструкциях двигателей с двумя поршнями: с двумя коленчатыми валами, с расположением поршней в одной плоскости, с камерой сгорания без перегородки, без переходного объема камеры сгорания или с переходным объемом камеры сгорания.

В любом случае первый поршень работает более эффективно, изначально имея рычаг воздействия на ось коленчатого вала при создании максимального давления газов, полученных после воспламенения сжатой топливной смеси.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, предназначен для достижения наименьшего расхода топлива на полученную единицу мощности двигателя и отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90% от величины максимальной компрессии. Изобретение обеспечивает наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1 до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания, до достижения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания после прохождения своей верхней /внутренней/ мертвой точки первым поршнем.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в первый объем камеры сгорания, относящийся к первому поршню.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь воспламеняют первой свечой зажигания в первом объеме камеры сгорания, относящихся к первому поршню, причем с опережением от 0,01 до 300 мкс относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме камеры сгорания второй свечой зажигания, относящихся ко второму поршню.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять после прохождения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения: угла колена коленчатого вала второго поршня, не доходя до своей верхней точки, и угла колена коленчатого вала первого поршня, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.