Двухтактный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B25/00 F02B29/06 F02B33/00 

Изобретение относится к области дви- гателестроения и может быть использовано в автотракторной и мотоциклетной промышленности при производстве двухтактных двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой и искровым зажиганием.

Известен двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с кривошипно- камерной контурной продувкой и раздельной подачей в кривошипную камеру газа и воздуха Этот двигатель содержит цилиндр с продувочным каналом и окном, головку с установленной в ней свечой зажигания. Поршень размещен в цилиндре и кинематически связан с коленчатым валом, установленным в кривошипной камере, периодически сообщающейся с цилиндром при помощи продувочных каналов и окон, Газ подводится по трубопроводу, на входе которого установлен орган дозировки с заслонкой газа, а выход через запорный орган соединен с кривошипной камерой. Впускной воздухопровод подсоединен через запорный орган к верхней части продувочного канала. Орган выпуска отработавших газов выполнен в виде выпускных окна и канала в цилиндре 1,

Недостатками конструкции этого двигателя являются низкая топливная экономичность, низкие показатели литровой мощности и высокое содержание токсичного компонента в выхлопных газа.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-камерной контурной продувкой и раздельной подачей в кривошипную камеру топливо-воздушной смеси и воздуха, выбранный в качестве прототипа, содержащий цилиндре продувочными каналами и окнами, головку цилиндра с установленной в ней свечой зажигания. Поршень размещен в цилиндре и кинематиХ|

ю

XI

W

чески связан с коленчатым валом, установленным в кривошипной камере, периодически сообщающейся с цилиндром при помощи продувочных каналов и окон. На входе подводящего трубопровода установлен орган приготовления топливо-воздушной смеси с дроссельной заслонкой, а выход через запорный орган соединен с кривошипной камерой. Впускной воздухопровод подсоединен через дополнительный запорный орган к верхней части продувочных каналов и имеет управляющую заслонку, связанную механическим приводом с дроссельной заслонкой топливо-воздушной смеси. Орган выпуска отработавших газов выполнен в виде выпускных окон и каналов в цилиндре 2.

Ввиду близости расположения продувочных и выпускных окон и специфических особенностей процесса продувки происходит интенсивное перемешивание свежей топливо-воздушной смеси с отработавшими газами, следствием чего являются прямой выброс топливо-воздушной смеси в выпускные окна, несвоевременность и неполнота сгорания. В результате у двигателя низкие показатели топливной экономичности, литровой мощности и повышенная токсичность отработавших газов. Другим недостатком этого двигателя является то, что во впускном воздухопроводе установлена управляющая заслонка, сблокированная синхронным механическим приводом с дроссельной заслонкой, что является причиной повышенной токсичности отработавших газов при работе на дроссельных режимах, особенно в режиме холостого хода.

Целью изобретения является повышение экономичности и литровой мощности и снижение токсичности отработавших газов. Поставленная цель достигается тем, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с продувочными каналами и окнами, головку цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с коленчатым валом, установленным в кривошипной камере, периодически сообщающейся с цилиндром при помощи продувочных каналов и окон, подводящий трубопровод, на входе которого установлен орган приготовления топливно-воздушной смеси с дроссельной заслонкой, а выход через запорный орган соединен с кривошипной камерой, впускной воздухопровод, подсоединенный через дополнительный запорный орган к верхней части продувочных каналов и орган выпуска отработавших газов, снабжен поршневым компрессором, кинематически связанным с валом двигателя и выполненным с всасывающим и нагнетающим каналами, дополнительной

заслонкой, расположенной в подводящем трубопроводе между дроссельной заслонкой и запорным органом, и вспомогательным запорным органом, установленным в головке вблизи свечи зажигания, всасывающий канал компрессора подключен к подводящему трубопроводу между заслонками, а нагнетающий - к вспомогательному запорному органу, орган выпуска отработавших газов выполнен в виде по меньшей мере

5 одного управляемого тарельчатого клапана, установленного в головке, а продувочные окна расположены равномерно по периметру цилиндра с тангенциальным углом наклона 8-20°. Запорный орган и

0 дополнительный запорный орган выполнены в виде мембранных клапанов.

Возможность достижения положительного эффекта обусловлена: обеспечением дополнительной подачи обогащенного за5 ряда в зону свечи зажигания (компрессором), при этом повышается экономичность, литровая мощность и снижается токсичность выхлопных газов на всех режимах работы двигателя; перекрытием

0 дополнительной заслонкой потока смеси в кривошипную камеру в режиме холостого хода, что обеспечивает более высокую характеристику двигателя по экологической чистоте в этом режиме; выполнение двига5 теля по конструктивной схеме с кривошип- но-камернойпрямоточной

клапанно-щелевой продувкой, т.е. устранение конструктивной близости расположения продувочных и выпускных окон тем, что

0 выпускные окна вынесены в камеру сгорания и снабжены выпускными клапанами, а продувочные окна расположены по всему периметру цилиндра с тангенциальным углом наклона, позволило увеличить полез5 ный объем цилиндра, в значительной мере ослабить отрицательное влияние колебательного процесса продувки, фазы газораспределения выполнить несимметричными, улучшить качество продувки, устранить вы0 брос смеси в выпускную систему, т.е. позволило повысить экономичность и литровую мощность и снизить токсичность отработавших газов.

Таким образом, заявленный двигатель

5 обладает улучшенными техническими и экологическими характеристиками.

На фиг.1 показан продольный разрез двигателя в одноцилиндровом варианте; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг,1.

Двигатель состоит из цилиндра 1 с продувочными окнами 2, размещенного в опорном блоке 3, выполненного с продувочными каналами 4 и продувочным поясом 5, поршня 6, кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом 7, размещенного в кривошипной камере 8, подводящего трубопровода 9, на входе которого установлен орган приготовления топливно-воздушной смеси 10 с дроссельной заслонкой 11, а выход через запорный орган 12 соединен с кривошипной камерой 8, свечи зажигания 13, впускного воздухопровода 14 с дополнительным запорным органом 15, подведенного к верхней части продувочных каналов, а точнее к продуоочному поясу 5, поршневого компрессора 16, кинематически связанного с валом двигателл, вход которого через обратный клапан 17 и посредство всасывающего канала 18 подключен к подводящему трубопроводу 9. а выход нагнетающий канал 19 - к вспомогательному запорному органу 20, установленному вблизи свечи зажигания, дополнительной ЗРСЛОНКИ 21, расположенной в подводящем трубопроводе 9 между дроссельной зас:ю-,коП 11 и ззг эр- ным органом 12, органа выпуска отработавших газов, выполненного звиде го меньшей мере одного управляемого тарельчатого клапана 22, размещенного з головке 23 и связанного с камерой сгорания 24.

С целью увеличения полезного хода поршня 6 и оптимизации процесса продувки продувочные окна 2 расположены равномерно по всему периметру цилиндра и выполнены с тангенциальным углом наклона 8...20°.

Опорный блок 3 в нижней части соединяется с кривошипной камерой 8, а в верхней - с головкой цилиндра 23.

Запорные органы 12 и 15 выполнены, например, в виде мембранных клапанов.

Привод клапанов 22 осуществляется известным способом, например с помощью кулачкового вала 25, размещенного в головке 23 и кинематически связанного цепью 26 с коленчатым валом 7.

Привод поршневого компрессора 16 осуществляется известным способом от одного из валов двигателя, например коленчатого вала 7.

Дополнительная заслонка 21 предназначена для полного перекрытия потока смеси в кривошипную камеру при работе двигателя в режиме холостого хода, а привод заслонки сблокирован с дроссельной заслонкой 11.

На чертежах двигатель изображен в позиции, когда поршень б находится в нижней мертвой точке, а поршень компрессора 16

уже прошел нижнюю мел зую и началось сжатие заряда в компрессоре Клапан 22 открыты, запорные органы 12 и 15 закрыты под действием избыточного давления в 5 кривошипной камере, вследствие чего происходит продувка цилиндра ТОПЛИВНО-ЕЮЧ- душной смесью из кривошипной камера. Вспомогательный запорный орган 20 также закрыт, т.к. усилие пружины еще удспжива10 ет давление компрессора 16.

Двигатель работает следующим образом.

При рабочем ходе поршня 6 от верхней мертвой точки в подлоршневой зоне цилин15 дра и кривошипной камере происходит сжатие смеси, запорные органы 12 и 15 закрываются, происходит также сжатие воздуха, оставшегося о предыдущего цикла впуска в кривошипную камеру, в продувоч0 ных каналах 4 и продувочном поясе 5.

В конце активного хода поршня 6 открываются клапань- 22 и происходит сброс отработавших газов в выпускную систему, затем поршень 6 открывает продувочные

5 окна 2 и осуществляется продувка-зарядка цилиндра сначала воздухом, затем без раз- рыса продуво чого потока топливно-воз- Д1/ш: ой смесью из крирошипний камеры по чаналам4, продувочному поясу 5 через окна

0 2 гильзы цилиндра 1. Вследствие тангенциального расположения прорузочных окон 2 по всему периметру цилиндра продувочный струи, выходящие из продувочных окон, складываются в вихревое движение, в ре5 зультате происходит послойное вытеснение отработавших газов через клапаны 22 с малым процентом смешивания топливо-воздушной смеси с отработавшими газами, а в сочетании с тем, ЧТОБ цилиндр при продувке

0 сначала поступает воздух, действительно исключается прямой выброс топливо-воздушной смеси в выпускную систему.

Во время хода поршня б к верхней мер- 5 твой точке сначала закрываются клапаны 22, затем окна 2, после этого открывается под действием сжимаемой в компрессоре 16 смеси вспомогательный запорный орган 20 и происходит дополнительная подача 0 обогащенной смеси в зону свечи зажигания 13 по напорному каналу 19 с одновременно происходящим сжатием смеси в цилиндре 1. Закрытие вспомогательного запорного органа 20 вследствие подхода поршня ком- 5 прессора 16 к верхней мертвой точке происходит гарантированно раньше, чем наибольшее опережение зажигания спечем 13. При ходе поршня компрессора 16 к нижней мертвой точке происходит всасывание компрессором обогащенной смеси через

обратный клапан 17 по всасывающему каналу 18 из трубопровода 9.

Одновременно при движении поршня 6 к верхней мертвой точке происходит всасывание в кривошипную камеру 8 по двум на- правлениям: по трубопроводу 9 - топливно-воздушная смесь, а по воздухопроводу 14 - воздух, при этом поступающий воздух вытесняет в кривошипную камеру из продувочного пояса 5 и продувочных каналов 4 оставшуюся от предыдущего цикла продувки смесь.

При подходе поршня 6 к верхней мертвой точке происходит воспламенение смеси от свечи 13, после чего начинается рабочий (активный) ход поршня 6 от верхней мертвой точки, и цикл работы повторяется.

При работе двигателя на частичных (дроссельных) режимах дроссельная заслонка 11 прикрывается, но это, в отличие от прототипа, не приводит к существенному снижению наполнения кривошипной камеры, т.к. во впускном воздухопроводе 14 дроссельная заслонка отсутствует, таким образом, чем больше прикрывается дроссельная заслонка 11 потоком смеси, тем больше в кривошипную камеру поступает чистого воздуха по воздухопроводу 14, что позволяет на всех режимах работы двигателя осуществлять качественную продувку цилиндра.

При работе двигателя в режиме холостого хода дроссельная заслонка 11 прикрывается до регулировочного упора, обеспечивая проход лишь для работы на холостом ходу, а дополнительная заслонка 21 отсекает полностью поток смеси в кривошипную камеру, таким образом, в этом режиме в кривошипную камеру поступает только воздух и продувка цилиндра осуществляется только воздухом, а необходимое количество топливно-воздушной смеси подается только поршневым компрессором 16 в зону свечи зажигания, чем и обеспечивается низкая токсичность отработавших газов при работе в режиме холостого хода.

Формула изобретения

1.Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с продувочными каналами и

окнами, головку цилиндра с установленной в ней свечой зажигания, поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с коленчатым валом, установленным в кривошипной камере, периодическм сообщающейся с цилиндром при помощи продувочных каналов и окон, подводящий трубопровод, на входе которого установлен орган приготовления топливо-воздушной смеси с дроссельной

заслонкой, а выход через запорный орган соединен с кривошипной камерой, впускной воздухопровод, подсоединенный через дополнительный запорный орган к верхней части продувочных каналов, и орган выпуска отработавших газов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения экономичности и литровой мощности и снижения токсичности отработавших газов, он снабжен поршневым компрессором, кинематически

связанным с валом и выполненным с всасывающим и нагнетающим каналами, дополнительной заслонкой, расположенной в подводящем трубопроводе между дроссельной заслонкой и запорным органом, и вспомогательным запорным органо /, установленным в головке вблизи свечи зажигания, всасывающий канал компрессора подключен к подводящему трубопроводу между заслонками, а нагнетающий - к вспомогательному запорному органу, орган выпуска отработавших газов выполнен в виде по меньшей мере одного управляемого тарельчатого клапана, установленного в головке, а продувочные окна расположены

0 равномерно по периметру цилиндра.

2.Двигатель лоп.1,отличающий- с я тем, что продувочные окна выполнены тангенциальными с углом наклона 8-20°.

3.Двигатель по пп.1 и 2, отличаю- 5 щ и и с я тем, что основной и дополнительный запорные органы выполнены о виде мембранных клапанов.

гч is

А-А

Фиг. г

Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр с продувочными окнами, поршень, коленчатый вал, кривошипную камеру, поршневой компрессор, подводящий трубопровод, впускной воздухопровод. В головке цилиндра размещены свеча зажигания, орган выпуска отработавших газов и вспомогательный запорный орган для подачи обогащенного заряда. Между дроссель- ной заслонкой и запорным органом размещена дополнительная заслонка для отсечения потока смеси в кривошипную камеру в режиме холостого хода, Поршень компрессора кинематически связан с коленчатым валом двигателя. Камера компрессора связана с органом приготовления смеси и камерой сгорания двигателя. Прбдувоч- ные окна в цилиндре расположены равномерно по периметру и выполнены с тангенциальным углом наклона 8-20°. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

4