Двухтактный двигатель внутреннего горения с двумя поршнями в одном цилиндре Советский патент 1935 года по МПК F02B75/28 F02B25/14 

Настоящее изобретение относится к двухтактным двигателям внутреннего горения с двумя поршнями в одном цилиндре, движущимися в одну и ту же сторону, из коих верхний поршень, служащий для сжатия в верхней части цилиндра поступающего через клапан в крышке цилиндра воздуха или рабочей смеси, связан с приводным механизмом через щток, пропущенный сквозь нижний порщень. Полость цилиндра между поршнями служит камерой горения, питаемой сжатым зарядом из верхней части цилиндра. В предлагаемом двигателе для перетекания сжатого заряда из верхней части цилиндра в камеру между порщнями, цилиндр в верхней части своей боковой поверхности снабжен перепускными щелями с заслонками. Привод верхнего порщня осуществляется при связанного со щтоком порщня рычажного механизма, ролики которого взаимодействуют с выемками на боковой поверхности юбки рабочего порщня, ведущего верхний порщень. На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный разрез двухтактного двигателя внутреннего горения с двумя порщнями в одном цилиндре; фиг. 2-то же в плоскости, перпендикулярной к фиг. 1; фиг. 3-6-различные положения порщней во время работы; фиг. 7-поперечный разрез выхлопных окон; фиг. 8-11- различные положения ролика рычажного механизма в выемке юбки; фиг. 12- вертикальный разрез перепускной щели; фиг. 13-то же при другом положении порщня. В двигателе имеются два иорщня: один главный рабочий нижний / и второй вспомогательный верхний 2 (фиг. 1). Рабочая смесь или впрыснутая порция топлива, если двигатель работает на тяжелом топливе по циклу Дизеля сгорает в камере между порщнями / и 2 (фиг. 1 и 3). Образовавщиеся при горении газы, расщиряясь, сообщают движение главному поршню 7, в то время как дополнительный порщень 2 остается пока неподвижным. В тот момент, когда главный поршень / начнет в конце расширения приоткрывать своей верхней кромкой выхлопные окна 7, 8, вследствие чего давление в цилиндре упадет почти до атмосферного, второй верхний порщень 2, приводимый в движение рычажным механизмом М, начнет двигаться вниз и выталкивать продукты горения в правый и левый выхлопной патрубки окон, расположенных в виде рядов 7 и 5, (фиг. 1). Этот момент показав на фиг. 4. По приходе главного поршня / в нижнюю мертвую точку верхний поршень 2 займет свое крайнее нижнее положение (фиг. 5). Таким образом, в то время, как нижний порщень / проходит путь от момента начала открытия выхлопных окон в рядах 7, 8 до нижней мертвой точки, верхний поршень 2 успевает опуститься из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Ходы главного и дополнительного поршней равны между собою. Этот промежуток времени соответствует 40 - 50 от угла поворота кривошипа (18-20 и от хода рабочего поршня), а средняя скорость верхнего поршня 2 примерно в пять раз больше средней скорости рабочего поршня 7.

Одновременно с ходом BepxHeio поршня 2 вниз происходит засасывание свежего воздуха или рабочей смеси в верхнюю часть цилиндра через клапан 5 (фиг. 1 и 5). Впуск воздуха или рабочей смеси в верхнюю часть цг1линдра прекраш.ается несколько позже прихода .верхнего иоршпя 2 в свое край;1ее нижнее положение.

Дойдя до своего нижнего положения, поршень 2 начинает двигаться вверх, сжимая воздух или рабочую смесь, иаходяш;уюся в верхней части цилиндра, и одновременно засасывая воздух в камеру между поршнями через патрубок окон ряда 7, сообшаюид.ийся одним концом с атмосферой; при работе на легком топливе в камеру засасывается только свежий воздух.

Движение верхнего поршня 2 вверх принято замедленным с такихм расчетом, чтобы в момент перекрытия главным поршнем 7 окон рядов 7, 8 верхний поршень 2 прошел всего лишь 80-85% своего пути, дойдя до кромки перепускных щелей 4 (фиг. 6).

В этот момент прекраш,ается впуск воздуха или рабочей смеси в камеру :между поршнями и в дальнейпгем начинается их сжатие, а рабочая смесь или воздух, находяш,иеся в верхней части цилиндра и сжатые нримерно до 5 атм., начинают перепускаться в камеру между поршнями через специальные нерепускные щели 4 (фиг. 1), как это показано стрелками на фиг. 6.

По приходе верхнего поршня 2 в свое крайнее верхнее положение весь сжатый заряд оказывается перепушепным из верхней части цилиндра в камеру между поршнями в то время, как поршень 7 еще продолжает свое движение вверх, ежимая воздух, находяп;ийся поршнями.

Затем происходит впрь скивание топлива или зажигание, последующая за ним вспышка, сгорание топлива, и цикл начинается сначала, протекая так, как это было описано выше.

Привод дополнительного верхнего поршня 2 осуществляется при помоши специального рычажного механизма 14, симметрично расположенного относительно оси двигателя.

Правая и левая части рычажного механизма состоят из трех рычагов: двух крайних 6 и 7/, шариирио связанных между собою рычагом J3.

Рычаг 77 связан с пропущенным сквозь нижний поршень 7 штоком поршня 2 при помопш муфты-камня Ю, движуп1,егося в прямоугольной прорези рычага 77. Муфта-камепь 7( йавиичивается на конец штока поршня 2.

Рычаг 6, приводящий в движение всю систему, несет на своем конце ролик, взаимодействующий с профилированными в.ыемками на боковой поверхности юбки 3 рабочего поршня 7 (фиг. 1).

F) определенный момент, а именно за 40--50 до прихода рабочего поршня 7 в нижнюю мертвую точку, как это уже указЕ гвалось выше, профилированные выемки, находяш,иеся на юбке 3 поршня 7, набегают ма ролики рычагов 6 и приB0;un в движепие систему рычажного механизма 14 и связаниый с пей верхний поршень 2 (фиг. 8).

При движении верхнего поршня 2 вниз ролик рычага 6 постепенно заходит в выемк}, расположенную на юбке 3 рабочего поршня. Положение рычага 6, показанное на фиг. 9, соответствует положению по1;шней на фиг. 5.

При движении нижнего 7 и верхнего 2 поршней вверх ролик соприкасается с противоположной стороной вые.мки, постепенно выходя из нее, и в дальнейшем катится по пологой части профиля.

Так как движение верхнего поршня 2 вверх должно быть замедленным по сравнению с движением вниз, то поэтому профиль выемкк в своей нижней части имее1 нак..1опную нрямолипейную часть.

Положение рычага 6, показанное на фиг. 10, соответствует полол ению поршw

ней на фиг. 6. Положение рычага 6, показанное иа фиг. 11, соответствует крайнему верхнему положению верхнего поршня 2 (фиг. 3).

Главный рабочий поршень / состоит из -двух частей: верхней /, отлитой из легкого сплава (алюминий и т. п.), соединенной на резьбе с нижней частьююбкой 3.

Нижняя часть-юбка 5 рабочего поршня 7 представляет собою стальную отливку, причем ее направляющая для уменьшения веса детали ограничена двумя сегментами (фиг. 2),- еоединеньТ,ми двумя продольными стенками, несущими с боков две цапфы.

Вверху продольные стенки переходят в цилиндр, на который навинчивается верхняя часть рабочего поршня 7. Боковые цапфы предназначены для соединения с верхней головкой шатуна.

Цапфы облегчены отверстиями. Направляющая нижней части поршня- юбки 3 имеет профилированные выемки, по которым катятся ролики рычагов 6, приводящих в движение верхний поршень 2.

Дополнительный верхний поршень 2 изготовляется за одно целое со штоком, конец которого снабжен резьбой для соединения с муфтой 0. Поршень 2 уплотняется при помощи одного кольца. Шток уплотняется кольцом 9, пружинящим внутрь.

Шатуну 72 придана вильчатая форма. Благодаря такой конфигурации шатуна имеется возможность поместить в середине вилки шток с сообщающими ему движение рычагами 77. Правый и левый стержни вилки имеют тавровое сечение для придания жесткости и легкости шатуну.

Гильза рабочего цилиндра стальная и крепится на резьбе, которая расположена ниже выхлопных окон рядов 7, 8. Внизу имеются прорези для прохода рычагов 6 и }3.

Двигатель снабжен одним или двумя (смотря по мощности) впускными клапанами 5, расположенными в крышке цилиндра, осуществляющими впуск смеси или воздуха в верхнюю полость над дополнительным верхним порщнем 2.

Привод клапана (на чертеже не показанный) ничем не отличается от обычного привода, применяемого в существующих конструкциях.

Выпуск отработавших газов из цилиндра происходит через два ряда окон-правых 8 и левых 7, соединенных с выхлопными патрубками и расположенных на различной высоте (фиг. 1)Разрез по выхлопному трубопроводу показан на фиг. 7.

Сперва, как это видно на фиг. 1, главный поршень приоткрывает правые выхлопные окна ряда 8, и отработавшие газы устремляются по правому прямолинейному патрубку окон ряда 8 (фиг. 7). Затем через некоторый промежуток времени открываются левые выхлопные окна ряда 7, и часть газа направляется в левый выхлопной патрубок. Левый выхлопной патрубок присоединен одним концом к патрубку окон ряда 8, а другим концом соединяется с атмосферой.

Благодаря отсасывающему эжекционному действию, которое оказывает поток газа, движущийся в патрубке окон ряда 8, продукты горения потекут в левом патрубке окон ряда 7 в направлении, показанном стрелками на фиг. 7. Пройдя по левому патрубку окон ряда 7, поток газа направляется в патрубок окон ряда 8, а отсюда в общий коллектор. Общий коллектор, к которому присоединяются выхлопные патрубки от других цилиндров, оказывает в свою очередь также отсасывающее действие.

Выхлоп благодаря своему эжекционному действию способствует процессу всасывания.

В результате разрежения, создаваемого в цилиндре при движении верхнего поршня 2 вверх, а также всасывающего действия патрубка окон ряда 8, свежий воздух будет засасываться из окружающей среды через левый выхлопной патрубок окон ряда 7, и поступать в камеру между порщнями. Свежий воздух поступает в патрубок окон ряда 7 через конец, сообщающийся с атмосферой.

Таким образом, выхлопные окна служат одновременно и для всасывания свежего воздуха. Патрубок окон ряда 8 также соединяется с атмосферой при помощи узкого канала для того, чтобы уничтожить газовый мешок и предотвра-,

тить попадание в цилиндр продуктов горения при всасывании.

Для того, чтобы перепускать засосанный воздух или рабочую смесь из верхней части цилиндра в камеру между поршнями, цилиндр в верхней части своей боковой поверхности снабжен специальными перепускными щелями 4.

Здесь следует отметить, что при конструкции перепускных щелей 4, изображенных на фиг. 1, возможно попадание незначительных количеств газов в верхнюю часть цилиндра при движении верхнего поршня 2 вниз, которое прекратится, когда поршень 2 займет полоние, показанное на фиг. 6. Однако это количество газа будет весьма незначительным, так как верхний поршепь 2 с большой скоростью, а также вследствие влияния инерции газов, которые в этот момент, благодаря начавпшмуся выхлопу, движутся вниз. Для предовращения проникновения газов в верхнюю часть цилиндра применена конструкция перепускных п,елей 4, изображенная на фиг. 12, 13.

В тот момент, когда поршень начнет свое движение вниз, заслонки 15 займут положение, показанное на фиг. 13, и тем самым разобщат между собою верхнюю часть цилиндра и камеру между поршнями / и 2. Привод .часлопок 15 осуществляется обычным путем.

Наддув цилиндра в размере 50 , производимый дополнительно верхним поршнем 2, дает возможность сохранить мощность двигателя при нахождении его на значительной высоте или повысить его мощность, в случае работы на земле, при незначительном увеличении веса всей конструции по сравнению с обычными не высотными дврп-ат елями.

Из отсутствия продувочного пасоса и нагнетателя с редуктором, увеличивающих габариты двигателя, вытекает компактность всей конструкции по сравнению с двигателями, снабженными нагнетателями или продувочным насосом. В случае осуществления двухтактного цикла в авиационном двигателе обычной конструкции пришлось бы поставить нагнетатель увеличенного размера и мощности, так как, помимо необходи.мости сохранения мощности, последнему

приходится подавать дополнительное количество воздуха для продувки.

Предлагаемый двигатель позволяет экономично работать по двухтактному циклу не только на тяжелом, но н на легком топливе, поскольку здесь отсутствует продувка рабочей смесью, так как цилиндр очищается от нродуктов горения дополнительным поршнем 2 значительно лучше, нежели при обычно применяемой продувке.

Коэфициент остаточных газов не выше, чем у четырехтактных двигателей.

Конструкция двигателя дает возможность резко повысить литровую мощность, снизить вес двигателя на I л. с., одновременно сохраняя высокий коэфициент полезного действия по сравнению с супдествуюншми двигателя.ми.

Возможность получения мощных и в то же время легких и небольших по габариту двигателей может способствовать применению двигателя как в бласти авиации, так и для земного транспорта.

Предмет и з о б р е т е i; и я.

L Двухтактный двигатель внутреннего горения с двумя поршнями в одном цилиндре, движущимися в одну и ту же сторону, из кокх верхний порн1епь, служащий для сл{атия в верхней части цилиндра поступающего через клапан в крышке цилиндра воздуха или рабочей смеси, связан с приводны.м .механизмом через щток, пропуп1,енный сквозь tiopnieiib, полость цилипдра между каковыми поршнями служит камерой горемля, питаемой сжатым зарядом из верхней части цилиндра, отличающийся тем, что цилиндр в верхней части своей 60К01ЮЙ поверхности снабжен перепускными щелями 4 с заслопками 75 для перетекания сжатого заряда из верхней части цилиндра в камеру между порИ1НЯМИ (фиг. 1, 2, 12 и 3).

использования эжекционного действия потока выхлопных газов и для всасывания заряда в цилиндр (1, 2 и 7).

кого механизма 14, ролики коего взаимодействуют с выемками на боковой поверхности юбки 3 ведущего верхний

Фиг.

,.Фиг

Л1

hvS к авторскому свидетельству Г. А. № 43515 Бовси и Б. А. Вовси