Двухтактный двигатель внутреннего сгорания и способ смазки стенок рабочего цилиндра двигателя Российский патент 2024 года по МПК F01M1/06 F01M1/14 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при производстве и эксплуатации двигателей для транспортных средств.

Известен двухтактный ДВС Rotex 850 Е-Tekc, элеклройный источник (https://yandex.ru/video/preview/15778741052075815034) - (видео 1) и (https://www.youtube.com/watch?v=HbKd1bOUhrk) - (видео 2) дата обращения 22.06.2023 г., который содержит рабочий цилиндр, поршень, шатун, впускное и выпускное окно, продувочный канал, кривошипную камеру, емкость с моторным маслом. Емкость с моторным маслом соединена, через подающий насос с каналом для подачи масла в опорном подшипнике. Канал для масла в опорном подшипнике связан каналом для масла в подшипнике шатунной шейки. Смазка стенок рабочего цилиндра осуществляется за счет того, что из подшипника шатунной шейки и внутреннего подшипника выдавливается масло и в контакте с вращающимися деталями кривошипно-шатунного механизма образуется масленый туман, который с воздухом в кривошипной камере образует масляно-воздушную смесь. Попадая в рабочий цилиндр через продувочный канал, эта смесь смазывает стенки рабочею цилиндра, а после рабочею такта, не полностью сгоревшее масло вылетает через выпускное окно в атмосферу, что приводит к загрязнению окружающей среды. Автор видео 1 утверждает, что из внутренних подшипников масло поступает в полость, где располагается ось вращения помпы, дальше из этой полости масло, по возвратному маслопроводу поступает в бак для масла. Однако в видео 2 автор признает это ошибкой и утверждает, что излишки масла из внутренних подшипников поступают в кривошипную камеру.

В известном двигателе применяется раздельная подача топлива и масла в рабочий цилиндр, что уменьшает расход масла за счет того, что бензин не смывает масленую пленку с цилиндра во время работы двигателя и отдельно принудительно подается масло в подшипники кривошипно-шатунного механизма.

Однако масляный туман, который образуется в результате контакта масла с вращающимися деталями кривошипно-шатунного механизма, образуется в не контролируемых количествах и в определенный период, например, при малых оборотах двигателя стенки цилиндра могут плохо смазываться. Недостаточная смазка цилиндра может привезти к задирам на стенках цилиндров, что впоследствии может привести к потере мощности двигателя вследствие снижения рабочею давления или к выведению его из строя.

Известна система смазки двухтактного двигателя внутреннего сгорания, защищенная патентом РФ №2002969. которая принята за прототип. Система смазки двухтактного двигателя содержит масляный бак. сообщенный трубопроводом с картерной полостью двигателя, рукоятку управления дроссельной заслонкой с дополнительным тросом, связанным с устройством регулирования подачи масла. Трубопровод снабжен дросселем с калиброванным отверстием. Выход расположен в выточке, выполненной на зеркале цилиндра, которая находится ниже нижней кромки поршня при его положении в верхней мертвой точке.

Система смазки двигателя, которая принята за прототип, осуществляется следующим способом. Масло из масляного бака по трубопроводу поступает к штуцеру-жиклеру, расход масла зависит от высоты расположения масляного бака и степенью открытия дроссельной заслонки. При перемещении поршня к ВМТ под поршнем создается разряжение обеспечивающее всасывание масла через штуцер-жиклер в поперечную выточку. Масло растекается предварительно но выточке и при ходе поршня вниз распределяется поршнем и поршневыми кольцами по зеркалу цилиндра, часть масла снимается и поступает но каналам к поршневому пальцу и кольцевой выточке к подшипникам коленвала. Трос соединяет масляный бак с рукояткой управления дросселя и обеспечивает его перемещение по направляющим в вертикальном направлении пропорционально рукоятки управления дросселем.

Система смазки двухтактного двигателя внутреннего сгорания и способ для ее осуществления, которая принята за прототип, обеспечивает подвод масла в картерную полость двухтактного двигателя от масляного бака по трубопроводу, снабженному дросселем с калиброванным отверстием. Отверстие это выполнено непосредственно в выточке на зеркале цилиндра. Подвод масла происходит за счет всасывания при разрежении в картерной полости. Поступившее на зеркало цилиндра масло поршнем и компрессионные кольцами распределяется по цилиндру, частично счищается в накопительные карманы и далее по каналам поступает к подшипникам коленвала и поршневому пальцу. Такая система смазки в сравнении с известными системами значительно проще и дешевле благодаря без насосной подачи масла к поверхностям трения. При этом обеспечивается снижение расхода масла на «угар» и на выбросы вредных веществ в атмосферу ввиду разбрызгивания масла.

Однако выточка, выполненная в зеркале цилиндра, имеет не замкнутую кольцевую форму по внутреннему диаметру цилиндра, что не обеспечивает равномерное распределение масла по зеркалу цилиндра. Выполнение проточки в нижней части цилиндра приводит к тому, что при движении поршня из ВМТ к МНТ масляной пленки может не хватить для смазки всей внутренней поверхности цилиндра. Известный двигатель имеет конструкцию только с двумя компрессионными кольцами, которые традиционны в двухтактных ДВС. В традиционных двигателях смазка цилиндра осуществляется за счет подачи топливовоздушной смеси, с добавлением в нее масла, в кривошипную камеру двигателя вовремя продувки цилиндра. В двигателе одновременно смазывая стенки цилиндра без образования на них «толстого» слоя масла, что исключило необходимость применения маслосъемного кольца. В известном двигателе масло подается на зеркало цилиндра в количестве, которое превышает объем масла, при котором образуется тонкая масляная пленка и соответственно необходимо снимать излишнее количество масла и выводить его через каналы для отвода масла. Поэтому техническим результатом предлагаемого двухтактного двигателя внутреннею сгорания и способа смазки стенок рабочего цилиндра двигателя является снижение расхода масла, повышение срока службы и КПД двигателя.

Для достижения техническою результата предлагается конструкция двухтактного двигателя внутреннего сгорания которая содержит впускные и выпускные окна, устройство возвратно-поступательного перемещения поршня в рабочем цилиндре двигателя с поршневым пальцем с заглушками, маслосъемное кольцо и компрессионные кольца, коленчатый вал отбора мощности, комбинированную систему смазки и выточку, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки. В отличии от прототипа, на внешней поверхности поршня, ниже маслосъемного кольца, сделана кольцевая проточка, которая соединена с принудительной системой смазки двигателя, через каналы подачи масла, полость поршневого пальца с заглушками, масляный канал, который расположен устройстве возвратно-поступательного перемещения поршня и выточку, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки. Данная конструкция двигателя позволяет подавать масло в кольцевую проточку, по которой масло распределится равномерно но стенкам цилиндра. Смазка стенок цилиндра позволяет предотвратить образование задиров на стенке цилиндров, которые могут привести к неполному прилеганию компрессионных колец к стенке цилиндра в местах, где образовались задиры. Это может привести к снижению КПД и срока службы двигателя.

Для осуществления работы двигателя предлагается способ смазки двухтактного ДВС, который заключается в принудительной смазке рабочего цилиндра под давлением по масляным каналам в устройстве возвратно-поступательного перемещения поршня. В отличии от прототипа, масло в кольцевую проточку, сделанную ниже маслосъемного кольца, начинают подавать под давлением, в момент начала перемещения поршня рабочего цилиндра от ВМТ к НМТ, через каналы для подачи масла, полость поршневого пальца с заглушками и масляный канал и выточку, выполненную в подшипнике шатунной шейки, соединяющие кольцевую проточку с системой принудительной смазки двигателя. Прекращают подачу масла за 5… 30 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности, до начала открытия выпускного окна. Регулировку подачи масла осуществляют за счет изменения длины выточки в подшипнике шатунной шейки. Диапазон от 5 до 30 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности выбирается исходя из расстояния от ВМТ поршня до выпускного окна. Если прекратить подачу масла больше чем за 30 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности, до начала открытия выпускного окна то масла поступившего в кольцевую проточку может не хватить для смазки стенки цилиндра в полном объеме. Если прекратить подачу масла меньше чем за 5 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности, до начала открытия выпускною окна, то масло под давлением может попадать в выпускное окно, это приведет к увеличению расхода масла и ухудшению экологичности двигателя. Такой способ позволяет повысить качество смазки и снизить расход масла и повысить КПД двигателя В кривошипной камере масло попадает на движущиеся детали и переходит в состояние масляного тумана, который осуществляет дополнительную смазку стенок цилиндра. За подачу и прекращение подачи масла отвечает выточка в подшипнике шатунной шейки.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого двигателя с сечением А-А, фиг. 2 показано сечение А-А.

Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 1 от ВМТ к НМТ с помощью принудительной смазки через масляный канал 2, в шатуне 3, через полость в поршневом пальце с заглушками 4 и через каналы для масла 5 масло начинают подавать в кольцевую проточку 6, которая расположена ниже маслосъемного кольца 7. Прекращают подачу масла в кольцевую проточку 6 за 5… 30 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности 8, до начала открытия выпускного окна 9. Регулировку подачи масла осуществляют за счет изменения длины выточки в подшипнике шатунной шейки 10. В процессе движения поршня 1 в момент, когда масло подается, за счет кольцевой проточки 6 оно равномерно распределяется по всей ее окружности. По мере движения поршня 1 вниз масло остается на стенке рабочею цилиндра 11 до маслосъемного кольца 6. которое снимает излишки масла. Излишки масла отводятся по маслоотводящим каналам 12.

Таким образом, предлагаемый вариант конструкции двухтактного двигателя внутреннего сгорания и способ управления им обеспечивают технический результат, заключающийся в повышении стабильности работы двигателя, повышение его ресурса и КПД. Предлагаемый двигатель может быть изготовлен с помощью известных в технике и применяемых в двигателестроении оборудования, технологий и материалов. Следовательно, предлагаемый двигатель и способ управления им обладают промышленной применимостью.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит впускное и выпускное окна в рабочем цилиндре (11) двигателя и устройство возвратно-поступательного перемещения поршня (1). Поршень (1) содержит поршневой палец с заглушками (4), маслосъемное кольцо (7) и компрессионные кольца, которые расположены на поршне (1). Имеются коленчатый вал отбора мощности, комбинированная система смазки и выточка, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки. На внешней поверхности поршня (1), ниже маслосъемного кольца (7), сделана кольцевая проточка (6). Кольцевая проточка (6) соединена с принудительной системой смазки двигателя, через каналы (5) для подачи масла, полость поршневого пальца с заглушками (4), масляный канал (2), расположенный в устройстве возвратно-поступательного перемещения поршня (1) и выточку, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки. Раскрыт способ смазки двухтактного двигателя. Технический результат заключается в снижении расхода масла и в повышении срока службы двигателя. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит впускное и выпускное окна в рабочем цилиндре двигателя, устройство возвратно-поступательного перемещения поршня с поршневым пальцем с заглушками, маслосъемное кольцо и компрессионные кольца, которые расположены на поршне, коленчатый вал отбора мощности и комбинированную систему смазки, выточку, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки, отличающийся тем, что на внешней поверхности поршня, ниже маслосъемного кольца, сделана кольцевая проточка, которая соединена с принудительной системой смазки двигателя, через каналы для подачи масла, полость поршневого пальца с заглушками, масляный канал, расположенный в устройстве возвратно-поступательного перемещения поршня, и выточку, которая выполнена в подшипнике шатунной шейки.

2. Способ смазки двухтактного двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что масло в кольцевую проточку, сделанную ниже маслосъемного кольца, начинают подавать под давлением, в момент начала перемещения поршня рабочего цилиндра от ВМТ к НМТ, через каналы для подачи масла, полость поршневого пальца с заглушками и масляный канал и выточку, выполненную в подшипнике шатунной шейки, соединяющие кольцевую проточку с системой принудительной смазки двигателя, а за 5…30 градусов поворота коленчатого вала отбора мощности, до начала открытия выпускного окна, подачу масла в кольцевую проточку прекращают, а регулировку подачи масла осуществляют за счет изменения длины выточки в подшипнике шатунной шейки.