ПОРШНЕВОЙ ДВУХВАЛЬНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ И МАЯТНИКОВЫМ МЕХАНИЗМОМ УПРАВЛЕНИЯ ТАКТОМ ВПУСКА Российский патент 2023 года по МПК F02B25/08 F02B75/04 F02B75/28 

Область применения изобретения: силовые установки для автомобилей, мотоциклов, водного транспорта, малой авиации, генераторов тока. Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания, МПК F02B25.

Ближайшими прототипами являются, танковый двигатель ТДФ и поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с измененной схемой продувки патент №101253 Украина 11.03.2013 г.

Существующие поршневые двухтактные двигатели внутреннего сгорания обладают очень низким эффективным коэффициентом полезного действия, в том числе и двигатели с прямоточной щелевой продувкой, использующие для осуществления продувки воздух, сжатый с помощью компрессоров. Их схемы продувки не позволяют достичь качества процессов газообмена, сравнимого с газообменом четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, а это не позволяет им достичь топливной экономичности поршневых четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. При использовании компрессоров любого типа для осуществления такта продувки теряется часть полезной работы, кроме этого при компрессорной продувке в двухтактном двухвальном двигателе с прямоточной продувкой возникает тепловая перегрузка поршня, который отпирает и запирает выпускные окна, что в процессе эксплуатации приводит к значительному снижению ресурса двигателя. Степень наполнения цилиндра топливной смесью, в бензиновых моторах, зависит от степени открытия дроссельной заслонки, поэтому фактическая степень сжатия топливной смеси близка к расчетным параметрам, только при полном открытии дроссельной заслонки, вследствие этого бензиновые двигатели при переменных и неполных нагрузках использует топлива больше чем дизельные. Цель изобретения: внесение изменений и дополнений в конструкцию поршневого двухтактного ДВС, которые позволят им достичь высокой топливной экономичности.

Предложенный в описании вариант поршневого двухвального двухтактного двигателя с прямоточной щелевой продувкой имеет в своей конструкции механизм позволяющий изменять степени сжатия рабочей топливной смеси и маятниковый механизм управляющий тактом впуска. Благодаря этим изменениям в конструкции двигателя появилась возможность значительно увеличить эффективный КПД двухтактных поршневых ДВС, работающих на бензине.

Графические материалы

Фигура №1. Общее устройство изобретения. Положение коленчатых валов при наибольшей степени сжатия.

Фигура №2. Общее устройство изобретения. Положение коленчатых валов при наименьшей степени сжатия.

Фигура №3. Маятниковый механизм управления впуском. Такт впуска.

Фигура №4. Маятниковый механизм управления впуском. Положение ВМТ.

Фигура №5. Общее устройство изобретения. Такт продувки.

Общее устройство изобретения

1. Блок цилиндров

2. Поршень, открывающий и закрывающий выпускные окна

3. Коленчатые валы

4. Промежуточная шестерня механизма синхронизации вращения коленчатых валов с внешним прямозубым венцом

5. Шестерни коленчатых валов с внешним косозубым венцом

6. Подвижные шестерни механизма синхронизации вращения с внешним прямозубым венцом и внутренним косозубым венцом

7. Продувочная камера

8. Поршень, открывающий и закрывающий продувочные окна

9. Управляющие вилки подвижных шестерен механизма синхронизации.

10. Камера сгорания

11. Шарообразные маслосъемные втулки

12. Разборные шатуны

13. Подвижная пластинчатая изолирующая перегородка

14. Выпускные окна

15. Продувочные окна

16. Продувочные каналы

17. Впускные окна

18. Метки, указывающие начальное угловое положение коленчатых валов.

19. Свечи системы зажигания.

Описание работы двигателя. Такт впуска. При движении поршней (2) (8) одного цилиндра от НМТ к ВМТ шатуны (12) коленчатых валов (3) двигаясь сквозь шарообразные маслосъемные втулки (11) в результате маятникового движения переместят подвижные изолирующие перегородки (13) и откроют впускные окна (17), рабочая смесь начнет всасываться в продувочные камеры (7). В положении ВМТ шатуны (12), передвигая изолирующую перегородку (13), закроют впускные окна (17). При движении поршней (2) (8) к НМТ смесь будет сжиматься в результате уменьшения объемов продувочных камер (7). При движении к НМТ поршень (2) откроет выпускное окно (14) далее поршень (8) откроет продувочные окна (15) воздух, сжатый в продувочных камерах (7) через продувочные каналы (16) под давлением наполнит цилиндр. После прохождения НМТ поршнями (2) (8) в продувочные окно (15) происходит впрыск топлива для бензиновых моторов, таким образом, исключается потеря части топлива во время такта продувки. Встречаясь в ВМТ поршень (2) и поршень (8) образуют камеру сгорания (10) объем которой будет зависеть от того на какой дистанции друг от друга поршни встретятся у ВМТ. Топливная смесь, сжатая в камере (10) сгорания воспламеняется свечой системой зажигания (21) и сгорает, воздействуя возросшим давлением на поршни (2) (8), которые выполнят рабочий ход.

Изменение степени сжатия в зависимости от режимов работы

Шестерни (6) механизма синхронизации вращения коленчатых валов имеют постоянный зацеп по внешнему венцу с промежуточной шестерней механизма синхронизации (4), а внутренним венцом имеют постоянный зацеп с косозубыми шестернями коленчатых валов (5). При перемещении подвижных шестерен (6) управляющими вилками (9) по косозубым шестерням коленчатых валов (5) вдоль оси их вращения возникает угловое перемещение коленчатых валов от их начального углового положения относительно друг друга. Изменения углового положения коленчатых валов (3), относительно друг друга, меняют время прохода поршнем (2) и поршнем (8) ВМТ, соответственно и дистанцию их встречи в ВМТ, что изменяет объем камеры сгорания или иными словами геометрическую степень сжатия.

Управляя геометрической степенью сжатия двигателя в зависимости от наполнения цилиндра воздухом или топливной смесью, удается создать оптимальные условия выполнения рабочего хода. Наполнение продувочной камеры свежим зарядом воздуха в результате применения маятникового устройства управления тактом впуска, происходит более качественно, а давление продувочного воздуха, сжимаемого таким образом, в несколько раз превосходит давление воздуха при обычной кривошипно-камерной продувке. Результат - качество газообменных процессов рабочих тактов на уровне четырехтактных поршневых ДВС. Изоляция камеры кривошипа от продувочной камеры позволит использовать неразборные коленчатые валы при подпоршневой продувке, а это в значительной степени повысит ресурс и надежность поршневого двухтактного двигателя в целом В итоге модернизации мотор сможет достигать эффективного КПД более 50%.

Изобретение может быть использовано в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с прямоточной щелевой продувкой. Поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с прямоточной щелевой продувкой имеет в своем устройстве блок цилиндров с продувочными и выпускными окнами, коленчатые валы (3), механизм синхронизации вращения коленчатых валов, поршни (2) и (8) и системы для запуска и работы двигателя. Двигатель имеет в своем устройстве механизм, изменяющий степень сжатия, состоящий из управляющих вилок (9), подвижных шестерен (6) с внешним прямозубым и внутренним косозубым венцами, установленных на косозубых шестернях (5) коленчатых валов (3). Раскрыт вариант выполнения поршневого двухвального двухтактного двигателя. Технический результат заключается в повышении топливной экономичности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с прямоточной щелевой продувкой, имеющий в своем устройстве блок цилиндров с продувочными и выпускными окнами, коленчатые валы, механизм синхронизации вращения коленчатых валов, поршни, необходимые системы для запуска и работы двигателя, отличающийся тем, что имеет в своем устройстве механизм, изменяющий степень сжатия, состоящий из управляющих вилок, подвижных шестерен с внешним прямозубым и внутренним косозубым венцами, установленных на косозубых шестернях коленчатых валов.

2. Поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с прямоточной щелевой продувкой, имеющий в своем устройстве блок цилиндров с продувочными и выпускными окнами, коленчатые валы, механизм синхронизации вращения коленчатых валов, поршни, необходимые системы для запуска и работы двигателя, отличающийся тем, что имеет в своем устройстве маятниковый механизм управления тактом впуска, состоящий из подвижной пластинчатой изолирующей перегородки с шарообразными втулками, сквозь которые двигается разборный шатун.

3. Поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что осевое перемещение подвижных шестерен, установленных на коленчатых валах, приводит к изменению угловых положений коленчатых валов относительно друг друга.

4. Поршневой двухвальный двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п. 2, отличающийся тем, что маятниковые движения шатуна приводят к возвратно-поступательным движениям подвижной пластинчатой изолирующей перегородки, которая в результате этих движений отпирает и запирает впускное окно.