Двухтактный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02B17/00 F02B23/00 F02B33/04 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известны двухтактные двигатели внут- 5 реннего сгорания, содержащие по меньшей мере одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала, порщни, кинематически связанные с коленчатым валом и образующие камеры ,Q сгорания различного объема, свечу зажигания, установленную в первом цилиндре с меньщим объемом камеры сгорания, впускной канал первого цилиндра, выпускной канал второго и карбюратор, установленный во впускном канале первого цилиндра и 15 предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха оС от 0,75 до 1,2. Поршни движутся со сдвигом по фазе. В цилиндрах осуществляется прямоточная продувка с помощью 2о приводного продувочного насоса через соединительный канал, площадь которого составляет 20-25°/о площади порщня 1.

Однако в двигателях горючая смесь располагается между слоями воздуха. Наличие слоев воздуха вместо горючей смеси в таком двигателе приводит к снижению максимальной мощности, которая может быть ниже, чем у обычных двухтактных двигателей (без послойного смесеобразования). Для стабильного воспламенения смеси на всех режимах работы граница между горючей смесью и воздухом должна быть достаточно четкой. Поэтому эта граница сохраняется и в процессе сгорания, в результате токсичность отработавших газов практически будет такой же, как у обычного двухтактного двигателя из-за отсутствия мер по смещению горящего заряда с воздухом. Предлагаемое повышение экономичности в значительной мере уменьшается из-за затягивания процесса сгорания (свеча расположена по оси цилиндра и значительно удалена от второй камеры сгорания), не может быть осуществлено факельное зажигание части заряда из-за большого сечения канала и из-за введения приводного продувочного насоса. Последнее приводит также к значительному усложнению двигателя. К недостаткам следует отнести и неиспользование качественного регулирования мощности, так как предусмотрено регулирование только дросселированием, примерно при постоянном коэффициенте избытка воздуха . Известны также двухтактные двигатели ннутренкего сгорания, содержащие по мень.шей мере одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала, поршни, кинематиче ;ки связанные с коленчатим валом и образующие камеру сжатия в nepi30M цилиндре, свечу зажигания, установленную в камере, впускные, продувочные и выпускные каналы каждого цилиндра и карбюратор, установленный во ипускном канале первого цилиндра и предназр1аченный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха оС от 0,5 до 1,2 2. Однако двигатели обладают недостаточ.чей экономичностью, а, кроме того, токсич1-ость этих двигателей сравнительно высока. Целью изобретения является повышение экономичности двигателя и снижение токсичности отработавших газов. Указанная цель достигается тем, что двигате.мь снабжен изо;1ированными и подключенными к продувочным каналам кривошипными камерами для каждого цилиндра, МО впускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху длл приготовления горючей смеси с ,75, второй цилиндр выполнен с камерой сжатия, большей по объему, чем камера сжатия первого цилиндра, свеча зажигания установлена в зоне, примыкающей к соединительному каналу, площадь сечения пос.меднего выполнена равной от площади днища поршня, и коленчатый вал выполнен с возможностью синхронного движения поршней. Причем объем камеры сжатия первого цилиндра выполнен равным 6-20% от объема камеры сжатия второго цилиндра. На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого двигателя, разрез; иа фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Двигатель содержит по меньшей мере одну пару цилиндров 1 и 2, сообщенных меж ду собой при помощи соединительного канала 3, поршии 4, кинематически связанные с коленчатым валом 5 и образующие камеры 6 и 7 сжатия, причем объем камеры 6 сжатия первого цилиндра 1 составляет 6-20% от объема камеры 7 сжатия второго цилиндра 2, свечу 8 зажигания, установленную в камере б в зоне, примыкающей к соединительному каналу 3, впускные 9, продувочные 10 и выпускные 11 каналы каждого цилиндра, карбюратор 12, установленный во впускном канале 9 цилиндра 1 и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха Л от 0,75 до 1,2, и карбюратор 13, установленный во впускном канале 9 цилиндра 2 и выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси с oi 0,75. К продувочным каналам 10 каждого цилиндра подключены кривошипные камеры 14 и 15, разделенные уплотнительной манжетой 16. Площадь сечения соединительного канала 3 составляет 4-10% от площади днища порщня 4 и коленчатый вал 5 выполнен с возможностью синхронного движения поршней 4. Двигатель работает следующим образом. Раздельное питание цилиндров 1 и 2 от карбюраторов 12 и 13, а также наличие самостоятельных кривощипных камеры 14 и 15, впускных 9, продувочных 10 и выпускных 11 каналов позволяет создать при синхронном движении поршней к верхней мертвой точке независимый состав зарядов в цилиндрах. Поэтому в цилиндре 1 находится смесь с коэффициентом избытка воздуха at от 0,75 до 1,2, что обеспечивает устойчивое зажигание от свечи 8. В цилиндре 2 находится смесь с сЛ 0,75. К концу процесса сжатия в цилиндре 1 сохраняются благоприятные условия для зажигания смеси от искры, так как состав заряда в нем остается прежним. Это связано с тем, что на ходе сжатия имеет место вытеснение заряда только из цилиндра 1 в цилиндр 2 через канал 3, которое обеспечивается синхронным движением поршней 4 и меньшим объемом камеры б сжатия в цилиндре 1. После воспламенения заряда от свечи 8 и начавшегося горения в цилиндре I горящие газы в виде факела выбрасываются в камеру 7 сжатия дилиндра 2. Факельное зажигание позволяет осуществить сжигание в цилиндре 2 смеси переменного состава с высокой скоростью. Повышенная эффективность факела в данном случае связана с дополнительным перетеканием заряда из цилиндра 1 из-за его вытеснения порщием 4. Оптимальный эффект факельного зажигания получен при сечении канала 3 в пределах 4-10% от площади днища порщня. Создаваемое вследствие перетекания заряда интенсивное вихревое движение заряда в цилиндре 2 (наряду с факельным зажиганием) устраняет возможность появления детонации при повышенной скорости сжатия. Подавление детонации в цилиндре 1 достигается уменьшением объема камеры б сжатия до б:-20% от объема камеры 7 сжатия цилиндра 2. Таким образом, на режиме максимальной мощности в оба цилиндра подается смесь мощностного состава (например, о(. 0,75- 0,85). По мере снижения мощности в цилиндре 1 смесь постепенно обедняется до экономичного состава (например, aL 1,1 - 1,2), а в цилиндре 2 смесь постепенно обедняется вплоть до чистого воздуха. Так,например, при одинаковых диаметрах цилиндров качественнее регулирование мощности возможно до ctj 2,2-2,4 (при подаче в цилиндр 1 смеси с oL 1,1 -1,2, в цилиндр 2 - воздуха). И только дальнейшее снижение мощности требует перехода к дросселированию. На предлагаемом двигателе возможно использовать качественное регулирование и во всем диапазоне рабочих режимов, но в этом случае рабочий объем цилиндра 1 должен быть меньше рабочего объема цилиндра 2 (примерно в отношении 1:4). После развития горения в цилиндре 2 начинается обратное перетекание заряда в ци. линдр 1, способствующее вследствие турбулизации улучшению полноты сгорания в данном цилиндре. Важнейшее влияние на токсичность отработавших газов оказывает уровень смешения зарядов цилиндров 1 и 2 в процессе сгорания. Чем полнее смешиваются заряды различного состава, тем ниже токсичность отработавших газов. Уровень смешения находится в прямой зависимости от уменьшения объема камеры 6 сжатия цилиндра 1. Однако минимальный объем камеры б сжатия должен быть сохранен для продолжения процесса сгорания в этом цилиндре. В момент подхода поршня 4 к верхней мертвой точке в цилиндре 1 не должна обрываться реакция горения (например, изза достижения критической толщины горящего слоя). Исходя из сохранения критической толщины горящего слоя, объем камеры 6 сжатия цилиндра 1 должен составлять 6-20% от объема камеры 7 сжатия цилиндра 2. На приведенных фиг. изображен двигатель с внешним смесеобразованием, но предлагаемый двигатель может работать и с внутренним смесеобразованием. Таким образом, согласно изобретению обеспечивается повышение экономичности двигателя и снижение токсичности отработавших газов. Формула изобретения 1. Двухтактный двигатель внутреннего -сгорания, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала, поршни, кинематически связанные с коленчатым валом и образующие камеру сжатия в первом цилиндре, свечу зажигания, установленную в этой камере, впускные, продувочные и выпускные каналы каждого цилиндра и карбюратор, установленный во впускном канале первого цилиндра и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха at от 0,75 до 1,2, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности двигателя и снижения токсичности отработавших газов, двигатель снабжен изол-ированными и подключенными к продувочным каналам кривошипными камерами для каждого цилиндра, во впускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси с ot 0,75, второй цилиндр выполнен с камерой сжатия, большей по объему, чем камера сжатия первого цилиндра, свеча зажигания установлена в зоне, примыкающей к соединительному каналу, площадь сечения последнего выполнена равной от площади днища поршня, и коленчатый вал выполнен с возможностью синхронного движения поршней. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что объем камеры сжатия первого цилиндра выполнен равным 6-20% от объема камеры сжатия второго цилиндра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 2063817, кл. 123-53, опублик. 1936. 2.Кушуль В. М. Новый тип двигателя внутреннего сгорания. Л., «Судостроение, 1965, с. 32-37.

iifj..

/