двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ со звездообразным расположением цилиндров, содержащий корпус с картером и цилиндрами, ступенчатые поршни, размещенные в цилиндрах с образованием с последними рабочих и компрессорных полостей, коленчатый вал, кинематически связанный с поршнями, перепускные трубопроводы, соединяющие компрессорные полости одних цилиндров с рабочими полостями других цилиндров, причем компрессорные полости выполнены с возможностью сообщения с полостью картера через впускные каналы, а диаметр компрессорной ступени поршня больше диаметра его рабочей ступени, отличающийся тем, что двигатель снабжен цилиндрическим золотником с окном на его боковой поверхности, жестко связанным с коленчатым валом, причем золотник выполнен с возможностью периодического сообщения полости картера с компрессорными полостями, а угол между осями цилиндров, связанных между собой перепускным трубопроводом, в зависимости от числа цилиндров выполнен в пределах 120 - 160^o и равен центральному углу дуги окружности, соответствующей длине окна в плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано на транспортных и стационарных агрегатах с двухтактными карбюраторными двигателями для легких и сверхлегких летательных аппаратов.

Известен звездообразный двухтактный двигатель внутреннего сгорания с поршневыми продувочными насосами, цилиндры которых расположены рядом с рабочими цилиндрами двигателя и параллельно им. Управление впуском воздуха в продувочный насос осуществляется рабочим поршнем двигателя, движущимся относительно поршня насоса с запаздыванием, примерно, на 120^о.

Недостатком известного устройства является его сложность.

Известен также авиационный двухтактный двигатель со звездообразным расположением цилиндров и с дифференциальными поршнями, нижние ступени которых большего диаметра являются компрессорными, а верхние ступени меньшего диаметра - рабочими. Распределение продувочного воздуха осуществляет общий для всех цилиндров золотник, вращающийся на коленчатом валу и осуществляющий последовательное заполнение компрессорных цилиндров топливовоздушной смесью, нагнетание сжатой смеси в продувочный ресивер и перепуск сжатой смеси из ресивера на продувку и зарядку рабочих цилиндров двигателя.

Недостатки известной конструкции заключаются в относительно большом гидравлическом сопротивлении магистрали компрессорный цилиндр - золотник - рабочий цилиндр, в утечках сжатой смеси через зазоры из ресивера и невозможности поднять обороты двигателя выше 3000. . . 4000 об/мин из-зза достижения во вращающемся золотнике перепускаемой смесью околозвуковой скоростей.

Целью изобретения является повышение надежности, экономичности и мощности двигателя.

Указанная цель достигается тем, что известный двухтактый двухтактный двигатель внутреннего сгорания со звездообразным расположением цилиндров, содержащий корпус с картером цилиндрами, ступенчатые поршни, размещенные в цилиндрах с образованием с последними рабочих и копрессорных полостей, коленчатый вал, кинематически связанный с поршнями, перепускные трубопроводы, соединяющие компрессорные полости одних цилиндров, причем компрессорные полости выполнены с возможностью сообщения с полостью картера через впускные каналы, а диаметр компрессорной ступени поршня больше диаметра рабочей ступени поршня, кроме того, двигатель снабжен цилиндрическим золотником с окном на его боковой поверхности, жестко связанным с коленчатым валом, причем золотник выполнен с возможностью периодического сообщения полости картера с компрессорными полостями, а угол между осями цилиндров, связанных между собой перепускным трубопроводом в зависимости от числа цилиндров, выполнен в пределах 120-160^о и равен центральному углу дуги окружности, соответствующей длине окна в плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала.

На фиг. 1 представлен пятицилиндровый двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 - двигатель с тремя цилиндрами.

Двигатель содержит корпус с картером 1, цилиндрический золотник 2, жестко связанный с коленчатым валом 3, цилиндры 4, ступенчатые поршни 5, размещенные в цилиндрах 4 с образованием с последними компрессорных полостей 6 и рабочих полостей 7 меньшего диаметра. Каждая компрессорная полость 6 цилиндров 4 соединена перепускными трубопроводами 8 с рабочей полостью 7 соответствующего цилиндра: при трех цилиндрах связь осуществляется между соседними цилиндрами (угол между осями соседних цилиндров равен 120^о), при пятицилиндровом двигателе связь осуществлена между цилиндрами, расположенными через один друг от друга (угол между осями взаимосвязанных цилиндров составляет 144^о).

Внутренняя полость картера 1 соединена впускным каналом 9 с компрессорной полостью 6 цилиндров 4. Золотник 2 выполнен с окном 10, длина которого равна дуге окружности, соответствующей углу между взаимосвязанными цилиндрами. Окно 10 соединяет внутреннюю полость картера 1 с компрессорной полостью 6 цилиндра 4 в тот момент, когда поршень 5 идет из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. Проходное сечение перепускного трубопровода 8 рассчитывают в каждом конкретном случае, исходя из потребного секундного расхода воздуха по формуле

G_в = g_eN_e Z_o, где G_в - секундный расход воздуха, кг/с;

g_e - удельный расход топлива, кг/Втс;

N_e - эффективная мощность двигателя, Вт;

- коэффициент избытка воздуха;

Z_o = 14,9 - стехиометрический коэффициент.

Двигатель работает следующим образом.

Топливовоздушная смесь из карбюратора поступает во внутреннюю полость картера 1.

При вращении коленчатого вала 3 поршень 5, жестко связанный с коленчатым валом посредством шатуна, совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня 5 к нижней мертвой точке (НМТ) в компрессорной полости 6 создается разрежение. Одновременно с этим золотник 2 жестко связанный с коленчатым валом 3 поворачивается, обеспечивающая соединение внутренней полости картера 1 с компрессорной полостью 6 через окно 10. Топливовоздушная смесь через окно 10 и впускной канал 9 попадает в компрессорную полость 6. Процесс всасывания продолжается до достижения поршнем 5 положения НМТ. Далее при вращении коленчатого вала 3 золотник 2 поворачивается, перекрывая впускной канал 9. Поршень 5 при этом движется к верхней мертвой точке (МВТ), обеспечивая сжатие топливовоздушной смеси. Сжатие топливовоздушной смеси продолжается до момента, соответствующего повороту коленчатого вала 3 на угол 120-160^о (в зависимости от числа цилиндров в двигателе). В этот момент во взаимосвязанном цилиндре (поршень 5 которого движется к НМТ) открывается продувочное окно 11, через которое осуществляется его продувка и зарядка свежей топливовоздушной смесью. Процесс повторяется последовательно для каждого цилиндра двигателя.

Таким образом, предложенный двигатель позволяет повысить удельную мощность и экономичность за счет снижения потерь топливовоздушной смеси через зазоры в ресивере и из ресивера в рабочую полость, что в конечном итоге дает возможность при тех же габаритах и массе получить более мощный и экономичный двигатель. (56) Патент США N 1962530, кл. F 02 B 75/22, 1930.