Двухтактный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02B47/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к высокооборотным двухтактным двигателям внутреннего сгорания транспортного типа, имеющим цилиндры малых размеров.

Известен двигатель внутреннего сгорания, недостатками которого являются высокая токсичность отработавших газов и понижения КПД из-за значительной работы сжатия всех продуктов сгорания, содержащихся в цилиндре..

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа двигатель, содержащий цилиндр, поршень, размещенный в цилиндре и связанный при помощи шатуна с кривошипом, выпускной канал, сообщенный с нагнетателем воздуха, выпускное окно, размещенное в цилиндре и форсунки, установленные в головке цилиндра. Одна из форсунок предназначена для впрыска топлива, а другая для впрыска воды.

Недостатком известного двигателя яв-. ляется следующее. Процесс очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнение цилиндра свежим зарядом происходит не достаточно совершенно. Это ведет к неполному сгоранию топлива и понижению КПД.

Также недостатком данного двигателя является высокая токсичность отработавших газов.

VI

ю о о

со VJ

со

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик и снижение уровня токсичности отработавших газов, повышение коэффициента полезного действия.

Это достигается тем, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с отсеками и картером, цилиндр, поршень, размещенный в цилиндре и соединенный с кривошипно-шатунным механизмом, выпускной канал, сообщенный с нагнетателем воздуха, выпускное окно, размещенное в цилиндре и форсунки, установленные в головке цилиндра, одна из которых соединена магистралью с топливным насосом, а другая - с водяным насосом и выхлопное сопло, дополнительно снабжен емкостью для воды, сообщенной патрубком с головкой цилиндра, механизмом регули- .рования подачи воды и топлива, через который форсунки подключены к соответствующим насосам и турбиной, при этом турбина и нагнетатель воздуха установлены на коленчатом валу кривошипно-шатунного механизма и размещены в различных отсеках корпуса, жестко связанного с цилиндром, при этом головка цилиндра снабжена выпускным окном для воды, которое сообщено патрубком с выпускным окном цилиндра, расположенным в зоне верхней мертвой точки, при этом в стыке окон установлено сопло газа и воды, сообщенное с отсеком с турбиной, в перегородке отсеков в картере корпуса выполнены отверстия, для распределения воды с несгоревшим топливом в картере корпуса и выхода отработавших газов, при этом картер корпуса магистралью с установленным в ней обратным клапаном связан с насосом подачи воды, а выхлопное сопло размещено в отсеке корпуса с нагнетателем воздуха. .

Изобретение поясняется чертежом. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, охлаждение которого осуществляется отдельно охлаждающей жидкостью, поршень 2, размещенный в цилиндре 1 и связанный при помощи шатуна с кривошипом (не показано), головку цилиндра 3, сообщенную патрубком 4 с емкостью для воды 5. При этом патрубок 4 снабжен вентилем 6 для закрытия воды при запуске двигателя. В головке 3 установлены форсунки 7, 8 первая из которых предназначена для подачи топлива в камеру сгорания 9, а вторая - для подачи воды, Форсунка 7 для подачи топлива связана при помощи магистрали 19 с топливным насосом 11, а форсунка 8 для подачи воды соединена магистралью 12 с насосом 13 подачи воды. Форсунки 7,8 связаны с соответствующими

магистралями 10,12 через механизм 14 регулирования подачи воды и топлива. В цилиндре 1 размещены впускное 15 и выпускное 16 окна. Окно 15 магистралью 17

связано с нагнетателем воздуха 18, В головке цилиндра 3 размещено выпускное окно 19 горячей воды. Выпускные окна 16 и 19 патрубком 20 сообщены с соплом газа и воды 21. В окне 16 установлен обратный

0 клапан 22, предотвращающий попадание воды из патрубка 20 в цилиндр при ходе поршня вниз. Корпус 23 жестко связан с цилиндром и разделен перегородкой 24 на два отсека I и II. В отсеке I размещена тур5 бина 25, а в другом - нагнетатель воздуха 18. Турбина 25 и нагнетатель воздуха 18 установлены непосредственно на коленчатом валу 26 кривошипно-шатунного механизма, причем турбина 25 используется в

0 качестве маховика. Для выхода газа, воды и несгоревшего топлива, скопившихся в картере 27 корпуса 23 в перегородке 24 предус- мотрены отверстия 28. Картер 27 магистралью 29, в которой установлен об5 ратный клапан 30 через насос 13, магистраль 31 с регулировочным клапаном 32 для создания высокого давления на входе форсунки 8 связан с емкостью для воды 5.

В корпусе 23 выполнено выхлопное со0 пло 33 для выхода отработавших газов со сниженной токсичностью и шумом. Снижение шума происходит в глушителе 34. На пути потока газа перед глушителем 34 установлена перегородка с конусообразным

5 отверстием 35 для обеспечения дополнительного снижения токсичности отработавших газов.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

0 При ходе поршня 2 от в.м.т. к н.м.т. в цилиндре происходит сгорание топлива и начинается процесс расширения газов, т.е. осуществляется рабочий ход.

В конце такта расширения с момента

5 открытия выпускного окна 16 происходит выпуск продуктов сгорания. После открытия впускного окна 15 в цилиндр 1 поступает продувочный воздух, который вытесняет оставшиеся в цилиндре 1 и камере сгорания 9

0 продукты сгорания и заполняет полости рабочего цилиндра 1. Затем начинается процесс сжатия, что соответствует ходу поршня 2 от н.м.т. к в.м.т. В начале хода продолжается продувка и заполнение цилиндра све5 жим зарядом. С момента закрытия впускного окна 15 и выпускного окна 16 начинается процесс сжатия воздуха. В конце такта сжатия производится впрыск в рас- каленную камеру сгорания воды через форсунку 8. Под действием высокой температуры вода испаряется, расширяется и совершает полезную работу, перемещая поршень в н.м.т. При открытии выпускного окна 16 водяной пар с отработавшими газами вытекают из цилиндра. Затем при открытии окна 15 остатки водяного пара и газов продуваются нагнетателем воздуха 18. Далее цикл повторяется. В конце такта сжатия производится впрыск в камеру сгорания топлива через форсунку 7, которое воспламеняется и сгорает. Поскольку в предыдущем такте обеспечивается высокое качество очистки полости рабочего цилиндра от продуктов сгорания и хорошее наполнение цилиндра свежим зарядом, то степень сгорания топлива будет достаточно высокая в результате чего повышается КПД двигателя.

Продукты сгорания, выходящие через выпускное окно 16 на входе сопла 21 соединяются с горячей водой, которая после запуска двигателя и открытия вентиля 6 постоянно подается в головку 3 цилиндра 1, где нагревается за счет температуры камеры сгорания 9 и-через выпускное окно 19 вытекает в патрубок 20. Смесь продуктов сгорания с водой, выходящая через сопло 21, попадает на турбину и, оказывая давление на ее лопатки, вращает турбину. При этом вода с несгоревшим топливом, оседает в картере 27 корпуса 23, а газ со сниженной

токсичностью через отверстия 28 в перегородке 24 проникает в отсек II и выходит через глушитель 34 в выхлопное окно 33.

Перед глушителем на пути потока газа перегородка с конусообразным отверстием 35 обеспечивает дополнительное снижение токсичности выхлопных газов, т.к. токсичная вода не осевшая в отсеке 1 и устремившаяся вместе с газом вверх, ударяясь о

перегородку 35 оседает в отсеке II, а газ с еще более сниженной токсичностью выходит в конусообразное отверстие в перегородке 35. Вода из картера 27 насосом 13 подается в форсунку 8 или в момент работы

форсунки 7 - в емкость воды 5.

Таким образом/использование двигателя внутреннего сгорания позволяет значительно снизить токсичность .отработавших газов, обеспечить хорошее наполнение цилиндра свежим зарядом, что в свою очередь позволит увеличить количество сжигаемого топлива, в результате чего повышается мощность, а также позволяет использоваться турбину в качестве маховика, энергию

выпускных газов и горячей воды для вращения турбины, что также повышает мощность двигателя. Кроме того, если глушитель разместить в отсеке II, как, например, в данном примере, то это позволит значительно упростить конструкцию системы выхлопных газов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с цилиндрами малых размеров. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных, характеристик, .снижение токсичности отработавших газов и повышение КПД двигателя. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, размещенный в цилиндре 1 и связанный при помощи шатуна с кривошипом, впускной канал, сообщенный с нагнетателем воздуха 18, выпускное окно 15, размещенное в цилиндре 1 и форсунки 7, 8, установленные в головке цилиндра 1, одна из которых предназначена для впрыска топлива и связана магистралью 10 с топливным насосом 11, а другая - для впрыска воды и связана магистралью 12 с водяным насосом 13, а также выхлопное окно для отработавших газов. Дополнительно двигатель содержит емкость для воды 5, сообщенную патрубком 4 с головкой цилиндра 1, механизм регулирования подачи воды и топлива, через который форсунки 7, 8 подключены к соответствующим насосам и турбину 25, при этом турбина 25 и нагнетатель воздуха 18 установлены на коленчатом валу кривошипна-шатунного механизма. 2 з.п.ф- лы, 1 ил. ел с

Формула изобретения 1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с отсеками и картером, цилиндр, поршень, размещенный в цилиндре и соединенный с кривошипно- шатунным механизмом, впускной канал, со- общенный с нагнетателем воздуха, выпускное окно, размещенное в цилиндре, и форсунки, установленные в головке цилиндра, одна из которых соединена магистралью с топливным насосом, а другая - с водяным насосом, и выхлопное сопло, о т - л ича ющаясятем.что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик и снижения уровня токсичности отработавших газов, повышения КПД. он дополнительно снабжен емкостью для воды, сообщенной патрубком с головкой цилиндра, механизмом регулирования подачи воды и топлива, через который форсунки подключены ксоот- ветствующим насосам и турбиной, при этом турбина и нагнетатель воздуха установлены на коленчатом валу кривошипно-шатунного

механизма и размещены в различных отсеках корпуса, жестко связанного с цилиндром, при этом головка цилиндра снабжена выпускным окном для воды, которое сообщено патрубком с выпускным окном цилиндра, расположенным в зоне верхней мертвой точки, при этом в стыке этих окон установлено сопло газа и воды, сообщенное с отсеком с турбиной, в перегородке отсеков в картере корпуса выполнены отверстия, при этом картер корпуса соединен магистралью через водяной насос с емкостью для воды..

3. Двигатель поп.1.отличающий- с я тем, что в магистрали, соединяющей водяной насос с емкостью для воды, установлен регулировочный клапан высокого давления.