ПОРШНЕВОЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F02B29/00 F15C1/16 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневому двигателю внутреннего сгорания, в частности, - к двухтактному двигателю, и может найти применение на транспортных средствах, в бытовых машинах и энергетике.

Известна конструкция двухтактного двигателя, содержащего коленчатый вал, кривошипную камеру, шатун, поршень, цилиндр, продувочный канал, выпускной канал, впускной канал, свечу зажигания, камеру сгорания и обратный клапан, установленный на впускном канале (см. М. Кумбс. Мотоциклы. Устройство и принцип действия. - Альфамер, 2002. - 222 с.).

Недостатком известной конструкции является плохая работа обратного клапана, запорный элемент которого (как правило - это упругая пластина, перекрывающая седло в виде окна) запаздывает при его открытии и закрытии, или вообще зависает при высокой частоте вращения коленчатого вала, что снижает экономичность работы двигателя.

Запорный элемент и седло, с которым он контактирует, неизбежно изнашиваются, вплоть до поломки пластины. В то же время, двухтактные двигатели, благодаря отсутствию газораспределительных органов, работают, как правило, на высокой частоте вращения коленчатого вала (до 10-12 тыс. оборотов в минуту и более), что является их важным преимуществом, т.к. в результате этого свойства они имеют очень высокую удельную мощность (отношение мощности на валу к габаритам и массе).

Задачей изобретения является повышение экономичности, надежности и ресурса работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания при высокой частоте вращения.

Указанная задача изобретения достигается тем, что в известной конструкции двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащего коленчатый вал, кривошипную камеру, шатун, поршень, цилиндр, продувочный канал, выпускной канал, впускной канал, свечу зажигания, камеру сгорания и обратный клапан, установленный на впускном канале, согласно заявляемому изобретению, обратный клапан выполнен в виде криволинейной трубки, имеющей прямоугольное сечение, внутри которой вдоль оси установлены пары наклонных пластин, направленных в сторону оси цилиндра.

Угол наклона пластин к касательной, параллельной оси трубки в месте крепления к ней пластин может составлять 30-60 градусов, пары противолежащих пластин могут образовывать лабиринт, и объем трубки Vt, заключенный между двумя парами противоположных пластин вдоль оси трубки, может определяться выражением: Vt=Vc/N, где N - четное число равное или больше двух, и Vc - рабочий объем цилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 и 3 изображена схема криволинейной трубки с парами наклонных пластин, направленных в сторону оси цилиндра.

На фиг. 4 изображена схема криволинейной трубки с парами наклонных пластин, образующих лабиринт.

На фиг. 5-8 показана работа обратного клапана в виде криволинейной трубки с пластинами.

Поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1-3) содержит кривошипную камеру 1, шатун 2, поршень 3, цилиндр 4, продувочный канал 5, выпускной канал 6, впускной канал 7, свечу зажигания 8, камеру сгорания 9, обратный клапан в виде криволинейной трубки 10 с парами наклонных пластин 11, которые направлены в сторону оси цилиндра 4 и наклонены к оси трубки 10 под углом а, который составляет 30-60 градусов. Шатун 2 установлен на коленчатом валу 12.

Пластины 11 в трубке 10 могут образовывать лабиринт (фиг. 4).

Наибольший эффект достигается в том случае, если объем трубки 10 Vt (фиг. 2 и 4), заключенный между двумя парами противоположных пластин 11 вдоль оси трубки, определен выражением: Vt=Vc/N, где N - четное число равное или больше двух, и Vc - объем кривошипной камеры 1 при положении поршня 3 в середине хода.

Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 3 в цилиндре 4 вниз от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), объем кривошипной камеры 1 уменьшается, из-за чего в ней создается избыточное давление, под действием которого находящаяся в ней топливовоздушная смесь через продувочный канал 5 поступает в цилиндр 4, вытесняя продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, через выпускной канал 6. Одновременно при этом топливовоздушная смесь стремится покинуть кривошипную камеру 1 через впускной канал 7. При этом движении потока топливовоздушной смеси в обратную сторону от оси цилиндра 4, струи потока отбрасываются пластинами 11 в направлении, обратном потоку (фиг. 6), резко суживая проходное сечение трубки 10. Этому способствует криволинейная форма трубки, которая гарантирует движение струй потока под действием центробежной силы к периферии трубки 10, на которой и установлены одна из пары пластин 11. Эта пластина «разворачивает» струю, направляя ее к оси трубки, где движется другая часть потока, отклоняет ее и направляет в сторону другой пластины, одновременно перекрывая сечение трубки. Отклоненная струя ударяется об эту другую пластину и разворачивается в сторону, противоположную общему потоку.

Таким образом, трубка 10 с пластинами 11 при движении потока в обратном направлении, когда поршень 3 идет вниз, оказывает большое сопротивление, в связи с чем этот поток очень мал.

При движении поршня 3 в цилиндре 4 вверх от НМТ к ВМТ в кривошипной камере 1 создается разрежение, и под действием перепада давлений во впускной канал 7 через трубку 10 поступает топливовоздушная смесь. В этом случае, при прохождении потока топливовоздушной смеси в прямом направлении (в сторону оси цилиндра), пластины 11 не оказывают ему существенного гидравлического сопротивления (фиг. 5), т.к. поток плавно огибает пластины 11.

Аналогично работает и трубка 10, в которой пластины 11 образуют лабиринт (фиг. 6 и 7). Такая конструкция предпочтительнее для труб большого сечения.

Одновременно при движении поршня 3 вверх объем цилиндра 4 уменьшается, происходит сжатие топливовоздушной смеси, и при подходе к положению ВМТ, когда вся сжатая топливовоздушная смесь оказывается в камере сгорания, на свечу 8 подается высокое напряжение. Свеча срабатывает, и появившаяся на ее электродах искра поджигает топливовоздушную смесь. При сгорании этой смеси образуются продукты сгорания с высокой температурой и высоким давлением, под действием которого поршень 3 движется вниз от ВМТ к НМТ, передавая усилие, появившееся от перепада на нем, шатуну 2 и далее коленчатому валу 12, преобразуя прямолинейное движение поршня 3 во вращательное движение вала 12.

Затем цикл повторяется.

Практически, в данной конструкции двигателя трубка 10 с пластинами 11 выполняет функцию обратного самодействующего клапана с той разницей, что она не содержит подвижных и соударяющихся частей, и ее надежность и ресурс работы кратно выше, чем у любого самодействующего клапана.

Приведенное соотношение между объемом, заключенным между пластинами и объемом кривошипной камеры, основывается на известном явлении резонанса, учитывает наибольшую первую гармонику и подтверждено экспериментально. Также экспериментально был получен оптимальный угол наклона пластин в 30-60 градусов.

Таким образом, техническая задача повышения экономичности, надежности и ресурса работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания при высокой частоте вращения является выполненной.

Предложен поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий кривошипную камеру (1), шатун (2), поршень (3), цилиндр (4), продувочный канал (5), выпускной канал (6), впускной канал (7), свечу зажигания (8), камеру сгорания (9), обратный клапан в виде криволинейной трубки (10) с парами наклонных пластин (11), которые направлены в сторону оси цилиндра (4) и наклонены к оси трубки (10) под углом 30-60 градусов. Шатун (2) установлен на коленчатом валу (12). При ходе поршня (3) вниз объем камеры (1) уменьшается, давление в ней увеличивается и топливовоздушная смесь из нее по каналу (5) поступает в цилиндр (4), вытесняя из него через канал (6) остатки отработавших газов. Движению этой смеси во впускной патрубок препятствуют пластины (11) в криволинейной трубке (10). После достижения поршнем (3) нижней мертвой точки он движется вверх, сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре (4) и доходит до положения верхней мертвой точки, когда вся сжатая топливовоздушная смесь находится в камере сгорания (9). Во время движения поршня (3) вверх в камере (1) создается разрежение и топливовоздушная смесь через трубку (10) с пластинами (11), практически не оказывающими сопротивление потоку, заполняет камеру (1). В конце хода поршня (3) вверх на свечу (8) подается высокое напряжение, на ее электродах вспыхивает искра, топливовоздушная смесь сгорает с образованием горячих газов под высоким давлением. Эти газы давят на поршень, который под их действием идет вниз, и цикл повторяется. Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двухтактному двигателю внутреннего сгорания, и может найти применение на транспортных средствах, в бытовых машинах и энергетике. Повышается экономичность, надежность и ресурс работы при высокой частоте вращения. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, кривошипную камеру, шатун, поршень, цилиндр, продувочный канал, выпускной канал, впускной канал, свечу зажигания, камеру сгорания и обратный клапан, установленный на впускном канале, отличающийся тем, что обратный клапан, установленный на впускном канале, выполнен в виде криволинейной трубки, имеющей прямоугольное сечение, внутри которой вдоль оси установлены пары наклонных пластин, направленных в сторону оси цилиндра.

2. Поршневой двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона пластин к касательной, параллельной оси трубки в месте крепления к ней пластин, составляет 30-60 градусов.

3. Поршневой двухтактный двигатель по п. 2, отличающийся тем, что пары противолежащих пластин образуют лабиринт.

4. Поршневой двухтактный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что объем трубки VI, заключенный между двумя парами противоположных пластин вдоль оси трубки, определяется выражением: VI=Vc/N, где N - четное число, равное или больше двух, и Vc - рабочий объем цилиндра.