ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Советский патент 1971 года по МПК F02B25/00 

Изобретение относится к области машиностроения.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, содержащие ступенчатый цилиндр, больший диаметр которого образует компрессорную камеру, а меньший - рабочую камеру, к еющую выпускной канал, размещенный в цилиндре поршень, кинематически связанный с коленчатым валом, и промежуточную камеру, подключенную к рабочей камере при помощи по меньшей мере одного перепускного канала и изолированную от картера двигателя.

Предложенный двигатель отличается от известных тем, что на поршне выполнены соответственно числу перепускных каналов проточки, соединяющие на части хода поршня через перепускные каналы промежуточную камеру с компрессорной камерой цилиндра, а суммарный объем промежуточной камеры и перепускных каналов больше объема компрессорной камеры в пределах от 3 до 12 раз.

Такое выполнение двигателя позволяет повысить наполнение цилиндра и улучшить смазку.

Двигатель может быть выполнен многоцилиндровым, а каждый цилиндр снабжен промежуточной камерой, дополнительно подключенной к компрессорной камере по меньшей мере смежного цилиндра.

Каждая промежуточная камера снабжена подвижной перегородкой, выполненной в виде эластичной мембраны и установленной между полостями картера и промежуточной камеры, а минимальный объем последней и канала в 3-12 раз больше объема компрессорной камеры.

Перегородка снабжена пружиной, имеющей усилие меньше максимального давления и

больше минимального давления в промежуточной камере.

Картер подключен к источнику сжатого воздуха с давлением меньше максимального и больше минимального давления в промежуточной камере.

С целью обеспечения прямоточной продувки выпускной канал выполнен в головке цилиндра и снабжен клапаном, имеющим привод от вала двигателя.

На фиг. 1 изображен описываемый двигатель (поршень в верхней мертвой точке), разрез; на фиг. 2 - то же, поршень около нижней мертвой точки; на фиг. 3 - то же, поршень в нижней мертвой точке; на фиг. 4 -

то же, поршень около верхней мертвой точки; на фиг. 5 - другой вариант выполнения двигателя; на фиг. 6 - график зависимости эффективной мощности двигателя от соотношения объемов промежуточной и компрессорпромежуточной камере по углу поворота коленчатого вала: на фиг. 8 - третий вариант выполнения двигателя (поршень в верхней мертвой точке); на фиг. 9 - то же, поршень в пижней мертвой точке; на фиг. 10 - промежуточная камера; на фиг. 11 -то же, другой вариант выполнения.

Двигатель (см. фиг. 1) имеет картер 1 со ступенчатым цилиндром, больший диаметр которого образует компрессорную камеру 2, а меньший - рабочую камеру 3. Поршень 4 цилиндра выполнен также ступенчатым и имеет рабочую 5 и компрессорную 6 ступени. Поршень при помощи поршневого пальца (на чертеже не показан) и шатуна 7 кинематически связан с коленчатым валом 8. Камера сгорания 9 выполнена в головке 10 цилиндра, в которой установлена свеча зажигания 11. Выхлопной канал 12 находится в стенке рабочей камеры 3, а впускной канал 13 - в стенке компрессорного цилиндра. Во впускном канале установлен обратный клапан, образованный двумя пластинами 14, прижатыми к центральному стержню 15. Пластины закреплены на стенках впускного канала, соединенного припомоши впускного трубопровода с карбюратором (на чертеже не показан). Рабочая ступень 5 поршня снабжена унлогнительными кольцами 16, а компрессорная ступень 6 - кольцами 17. В картере двигателя выполнена промежуточная камера 18, соединенная при помоши перепускного канала 19 (или каналов) со впускным окном 20, выполненным в стенке рабочей камеры 3 цилиндра. Промежуточная дамера может быть разделена на несколько полостей, каждая из которых соединяется при помоши перепускного канала с рабочей камерой цилиндра. Соответственно числу перепускных каналов на поршне выполнены проточки 21. Нижние части проточек образованы на компрессорной ступени 6 поршня, а верхние - на рабочей ступени 5.

Двигатель работает следуюшим образом.

Поршень 4 (см. фиг. 1) находится в верхней мертвой точке, когда в камере сгорания 9 горючая смесь уже воспламенилась, а промежуточная камера 18 заполнена свежей смесью, имеюш,ей заданное давление. При движении поршня вниз от верхней мертвой точки (см. фиг. 2) образовавшиеся в рабочей камере газы расширяются, совери1ая работу, и при открытии поршнем выпускного канала 12 выходят через него в атмосферу. Одновременно в компрессорную камеру 2 засасывается свежая смесь, которая преодолевает упругость пластин 14 и перемещает их 3 положение открытия. При достил ении порщяем нижней мертвой точки после выпускного канала 12 открывается перепускной канал 19 (см. фиг. 3), и свелсая смесь поступает из промежуточной камеры 18 в рабочую камеру 3 цилиндра, обеспечивая ее продувку и наполнение. Возможно выполнение двух перепускных каналов 19 для обеспечения лучшей

очистки рабочей камеры от отработавших газов.

Когда поршень перемешается обратно к

верхней мертвой точке, то вследствие повышения давления в компрессорной камере 2

обратный клапан закрывается, и пластины 14

. прижимаются к центральному стержню 15, в

результате чего в рабочей 3 и компрессорной

2 камерах происходит сжатие. Перед верхней

мертвой точкой, когда поршень 4 достигает положения, изображенного на фиг. 4, проточки 21 соединяются с перепускными каналами 19. В это время свежая смесь из компрессорной камеры 2 нагнетается в промежуточную камеру 18, а в рабочей камере продолжается сжатие. Около верхней мертвой точки поршня происходит воспламенение в рабочей камере 3, и цикл повторяется.

Следовательно, в течение каждого цикла в

компрессорной камере свежая смесь засасывается, сжимается и нагнетается в промежуточную камеру, а в рабочей камере происходят продувка, сжатие и сгорание смеси, а затем расширение и выхлоп отработавших

газов.

Чтобы облегчить запуск двигателя и повысить его мощность, суммарный объем промежуточной камеры 18 и перепускных каналов 19 должен превышать объем компрессорной

камеры в пределах от 3 до 12 раз, так как часть свежей смеси в начале хода поршня вниз из промежуточной камеры нагнетается обратно в компрессорную до момента перекрытия поршнем впускных окон 20. Если

объем камеры 18 мал, то при положении поршня в верхней мертвой точке в ней будет высокое давление и в связи с этим значительные потери на перетекание. Если объем камеры 18 больше чем в 12 раз объема компрессорной камеры, то пуск двигателя затрудняется.

График зависимости эффективной мощности двигателя от соотношения объемов промежуточной и компрессорной камер (см. фиг. 6)

показывает, что кривая 22 мощности имеет оптил1альные значения в пределах 3-12. Диапазон 23 кривой 22 - зона малого давления наддува и плохого запуска двигателя, диапазон 24 - зона неустойчивой работы двигателя вследствие воспламенения смеси в промежуточной камере 18. Для бензиновых двигателей с искровым зажиганием наивыгоднейший диапазон работы находится между прямыми 25 и 26, т. е. в области 4-6-кратного отношения. При повыщении кратности отношения возникает опасность воспламенения смеси в промежуточной камере.

График давления смеси в промежуточной камере /8 в зависимости от угла поворота

коленчатого вала (см. фиг. 7) позволяет обеспечить настройку впускной системы на резонансный наддув. Кривая 27 давления имеет максимальное значение на участке 28 и минимальное на участке 29. Максимум образуется меру 18, а минумум - при перепуске. Перепад давления (стрелка 30) является максимальным при максимальной подаче топлива в двигатель, так как чем больше давление в промежуточной камере 18, тем больше смеси 5 в нее поступает, и чем меньше в ней давление, тем меньше смеси остается. Поэтому наивыгоднейшей кривой давления смеси в промежуточной камере является кривая 31 с максимальным значением на участке 32 и мини- Ю мальньш на участке 55. Кривая 5/получается у обычных двигателей при 0,5-0,9 оборотов номинальной мошности, а у спортивных двигателей при 0,7-1,1 оборотов номинальной мощности. Двигатель может быть выполнен многоцилиндровым, причем каждый цилиндр работает аналогично описанному и снабжен своей промежуточной камерой. Однако возможно такое выполнение многоцилиндрового двигателя, 20 когда на несколько цилиндров имеется одна общая промежуточная камера. И в том и в другом случае суммарный объем промежуточной камеры и перепускных каналов должен превышать объем одной компрессорной каме- 25 ры цилиндров в пределах от 3 до 12 раз. Двигатель (см. фиг. 5) имеет газораспределительные впускной 34 и выпускной 35 клапаны, приводимые от коленчатого вала при помощи распределительных валиков, и две 30 промежуточные камеры 36 и 37. Двигатель работает аналогично работе двигателя на фиг. 1, только продувка рабочей камеры 3 является прямоточной, а управление клапанов - механическим.35 В двигателе (см. фиг. 8 и 9) одна стенка промежуточной камеры 18 выполнена подвижной в виде эластичной мембраны 38, зажатой между кольцом 39 и фланцем 40 компрессорной камеры 2. а другая стенка образована 40 крышкой 4. На фиг. 8 пролтежуточная камера 18 имеет максимальный объем, а на фиг. 9 - минимальный. При работе двигателя максимальный объем промежуточной камеры образуется, когда в 45 нее из компрессорной камеры 2 нагнетается смесь. В это время поршень 4 находится в верхней мертвой точке и в картере / давление газов мало, а в промежуточной камере давление больше, чем давление в картере. 50 После воспламенения смеси поршень движется вниз, и при приблия{ении к нижней мертвой точке (см. фиг. 9) происходит продувка рабочей камеры 3. Так как в это время давление смеси в промежуточной камере пони- 55 жается, а давление газов в картере повышается, то объем промежуточной камеры 18 становится минимальным вследствие перемещения мембраны 38. Такое выполнение промежуточной камеры уменьшает потери на продув-60 ку. При этом минимальный суммарный объем промежуточной камеры 18 и перепускного канала 19 должен превышать объем компрес15менение объема промежуточной камеры происходит в меньших пределах, а в картере устанавливается среднее давление на всем ходе поршня. В это время амплитуда колебаний мембраны 38 меньше, чем показано на фиг. 8 и 9. При необходимости на мембрану можно воздействовать постоянным усилием, например пружиной или сжатым воздухом (см. фиг. 10 и И). На фиг. 10 мембрана 38 нагружена пружиной 42, а на фиг. 11 мембрана вместе с картером образует камеру 43, соединенную при помощи трубки 44 с компрессорной камерой 2 цилиндра. В трубке 44 может быть установлен обоатный клапан, а камера 43 - иметь также редукционный клапан. При этом давление в камере 43 и усилие пружины 42 доллшы быть меньше максимального и больше минимального давления в промежуточной камере 18. Если для перемещения мембраны 38 используется давление в картере, то картер делится перегородками в соответствии с числом цилиндров. Так как картер изолирован от впускной системы, то система смазки выполняется как в обычном четырехтактном двигателе. Возможно выполнение двигателя как с искровым зажиганием, так и с самовоспламенением топлива, а таклсе с компрессорной камерой большего объема, чем рабочая камера, Предмет изобретения 1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий ступенчатый цилиндо, больший диаметр которого образует компрессорную камеру, а меньший - рабочую камеру, имеющую выпускной канал, размещенный в цилиндре поршень, кинематически связанный с коленчатым валом, и нромежуточную камеру, подключенную к рабочей камере при помощи по меньшей мере одного перепускного канала и изолированную от картера двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения наполнения цилиндра и улучшения смазки двигателя, на поршне выполнены соответственно числу перепускных каналов проточки, соединяюшие на части хода поршня через перепускные каналы промежуточную камеру с компрессорной камерон цилиндра, а суммарный объем промежуточной камеры и перепускных каналов больше объема комнрессорной камеры в пределах от 3 до 12 раз. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен многоцилиндровым, а каждый цилиндр снабл ен промежуточной камерой, дополнительно нодключенной к компрессорной камере но меньшей мере смелсного цилиндра, 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая промежуточная камера снабжена подвижной перегородкой, а минималь4.Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде эластичной мембраны.

5.Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что перегородка установлена между полостями картера и промежуточной камеры.

6.Двигатель по пп. 3-5, отличающийся тем, что перегородка снабжена пружиной, имеющей усилие меньше максимального давления и больше минимального давления в промежуточной камере.

7.Двигатель по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что картер подключен к источнику сжатого воздуха с давлением меньше максимального и больше минимального давления в промежуточной камере.

8.Двигатель по пп. 1-7, отличающийся тем, что, с целью обеспечения прямоточной продувки, выпускной канал выполнен в головке цилиндра и снабжен клапаном, имеющим привод от вала двигателя.

/5

/

j J т-I-IFi1111 I I I-r-r-f2 3 if 5,6 7 8 9 Ю 11 J2 3 1 15 16 Л 18 19 20 а г

-18

1

Фиг //