способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем сгорания рабочего заряда и расширения продуктов сгорания в надпоршневой рабочей камере, сжатия свежего заряда в подпоршневой компрессорной камере и всасывания свежего заряда в промежуточную полость при движении поршня к нижней мертвой точке, выпуска отработавших газов из рабочей камеры, продувки рабочей камеры и ее наполнения сжатым свежим зарядом, перепускаемым из компрессорной камеры при нахождении поршня в районе нижней мертвой точки, дополнительного сжатия свежего заряда с последующим его воспламенением в рабочей камере при движении поршня к верхней мертвой точке и перепуска свежего заряда из промежуточной полости в компрессорную камеру, отличающийся тем, что перепуск свежего заряда из промежуточной полости в компрессорную камеру осуществляют в начале движения поршня к верхней мертвой точке, и дополнительный свежий заряд впускают в компрессорную камеру через промежуточную полость при движении поршня к верхней мертвой точке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепуск сжатого свежего заряда из компрессорной камеры в рабочую производят через выполненные в поршне и управляемые тарельчатым клапаном перепускные каналы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к областей машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно, к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем сгорания рабочего заряда и расширения продуктов сгорания в надпоршневой рабочей камере, сжатия свежего заряда в подпоршневой компрессорной камере и всасывания свежего заряда в промежуточную полость при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ), выпуска отработавших газов из рабочей камеры, продувки рабочей камеры и ее наполнения сжатым свежим зарядом, перепускаемым из компрессорной камеры, при нахождении поршня в районе НМТ, сжатия свежего заряда в промежуточной полости при движении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ), воспламенения заряда в рабочей камере, перепуска сжатого свежего заряда из промежуточной полости в компрессорную камеру при подходе поршня к НМТ (патент США N 3053342, кл. F 02 B 33/12, 1962).

Однако в известном способе при движении поршня к ВМТ в компрессорной камере создается разрежение, которое усиливается по мере движения поршня, так как компрессорная камера в этот период изолирована от источника свежего заряда. При этом одновременно в промежуточной полости сжимается свежий заряд, что создает дополнительное сопротивление перемещению поршня и исключает впуск дополнительной порции свежего заряда в компрессорную камеру, в результате чего ухудшается наполнение цилиндра, снижается КПД и удельная мощность двигателя.

Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД двигателя за счет улучшения наполнения цилиндра.

Поставленная цель достигается тем, что в способе работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем сгорания рабочего заряда и расширения продуктов сгорания в надпоршневой рабочей камере, сжатия свежего заряда в подпоршневой компрессорной камере и всасывания свежего заряда в промежуточную полость при движении поршня к нижней мертвой точке, выпуска отработавших газов из рабочей камеры, продувки рабочей камеры и ее наполнения сжатым свежим зарядом, перепускаемым из компрессорной камеры при нахождении поршня в районе нижней мертвой точки, дополнительного сжатия свежего заряда с последующим его воспламенением в рабочей камере при движении поршня к верхней мертвой точке и перепуска свежего заряда из промежуточной полости в компрессорную камеру, согласно изобретению, перепуск свежего заряда из промежуточной полости в компрессорную камеру осуществляют в начале движения поршня к верхней мертвой точке, и дополнительный свежий заряд впускают в компрессорную камеру через промежуточную полость при движении поршня к верхней мертвой точке.

При этом, перепуск сжатого свежего заряда из компрессорной камеры в рабочую могут производить через выполненные в поршне и управляемые тарельчатым клапаном перепускные каналы.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1-6 схематично изображен двухтактный двигатель внутреннего сгорания (дизель), реализующий предложенный способ:

на фиг.1 поршень расположен в верхней мертвой точке: воспламенение заряда в рабочей камере;

на фиг.2 сгорание рабочего заряда и расширение продуктов сгорания в рабочей камере, сжатие свежего заряда в компрессорной камере при движении поршня к нижней мертвой точке;

на фиг.3 то же, что и на фиг.2, и всасывание свежего заряда в кольцевую полость;

на фиг.4 поршень расположен в нижней мертвой точке: выпуск отработавших газов из рабочей камеры и продувки рабочей камеры сжатия свежим зарядом;

на фиг.5 наполнение рабочей камеры сжатым свежим зарядом и начало перепуска свежего заряда из кольцевой полости в компрессорную камеру в начале движения поршня к верхней мертвой точке;

на фиг. 6 дополнительное сжатие свежего заряда в рабочей камере и впуск дополнительного свежего заряда в компрессорную камеру через кольцевую полость при движении поршня к верхней мертвой точке;

на фиг.7 вариант двухтактного двигателя внутреннего сгорания (карбюраторного) с противоположно движущимися поршнями.

Дизель (фиг.1-6), реализующий предложенный способ, содержит ступенчатый цилиндр 1, больший диаметр которого образует подпоршневую компрессорную камеру 2, а меньший диаметр надпоршневую рабочую камеру 3. Эти камеры разделены поршнем 4 с юбкой 5, который жестко соединен с приводным штоком 6. Шток 6 размещен во втулке 7, которая расположена в компрессорной камере 2, и связан с преобразовательным механизмом (не показан). В части цилиндра большего диаметра выполнены пояс впускных 8 и перепускных 9 окон. Рабочая камера 3 снабжена поясом продувочных окон 10, которые соединены с перепускными окнами 9 перепускными каналами 11. В головке 12 цилиндра 1 установлена форсунка 13 и выпускной клапан 14, закрывающий выхлопной канал 15. На юбке 5 поршня 4 выполнен радиальный паз 16, в котором, в свою очередь, выполнены сквозные отверстия 17 и установлен кольцевой клапан 18 Г-образного сечения с уплотнительным кольцом 19 на поверхности, контактирующий с цилиндром 1. Между юбкой 5 и стенкой части цилиндра 1 большего диаметра образуется кольцевая полость 20, ограниченная с одной стороны кольцевым клапаном 18 и периодически соединяющаяся с впускными окнами 8. Эта полость является промежуточной, и в общем случае может быть не кольцевой. При этом будет использоваться другой клапан вместо описываемого здесь кольцевого.

Двигатель (фиг.7) с противоположно движущимися поршнями 4, расположенными в ступенчатом цилиндре 1, содержит общую рабочую камеру 3 и две подпоршневые компрессорные камеры 2. В стенках части цилиндра 1 меньшего диаметра выполнены два пояса выпускных окон 21, управляемые днищами поршней 4, а в стенках части цилиндра 1 большего диаметра два пояса впускных окон 8, по одному в каждой компрессорной камере 2. Кроме того, в компрессорных камерах 2 размещены оребренные теплообменники 22 с системами циркуляции хладагента 23, а в рабочей камере 3 установлена свеча зажигания 24. Впускные окна 8 соединены впускными трубопроводами с карбюратором (не показано). В днищах поршней 4 выполнены перепускные каналы 25, управляемые подпружиненными и размещенными в штоках 6 тарельчатыми клапанами 26. Этот двигатель может работать и по дизельному способу при условии замены свечи зажигания на топливную форсунку и отключения системы впуска от карбюратора.

Описываемый способ осуществляет следующим образом. При нахождении поршня в ВМТ (фиг.1) его юбка 5 перекрывает продувочные окна 10, кольцевой клапан 18 впускные окна 8, а выпускной клапан 14 выхлопной канал 15. В рабочей камере 3 происходит сгорание рабочего заряда, образованного впрыском в сжатый свежий заряд топлива форсункой 13. Под действием расширения продуктов сгорания поршень 4 движется к НМТ, сжимая свежий заряд в компрессорной камере 2 и перепускных каналах 11. При этом поршень 4 смещается относительно неподвижного в этот момент кольцевого клапана 18, который таким образом отсекает компрессорную камеру 2 от кольцевой полости 20 путем перекрытия отверстий 17 паза 16 (фиг.2). В определенный момент рабочего хода поршня 4, зависящий от ширины паза 16, правая кромка этого паза подходит к кольцевому клапану 18 и начинает его смещать, открывая впускные окна 8 (фиг.3). Дальнейшее движение поршня 4 к НМТ происходит вместе с кольцевым клапаном 18. Свежий заряд всасывается через впускные окна 8 в полость 20 за счет разрежения, возникающего в ней при смещении клапана 18 к НМТ. При подходе поршня 4 к НМТ (фиг. 4) открывается выпускной клапан 14, и отработавшие газы выбрасываются из рабочей камеры 3 через выхлопной канал 15. Несколько позже днищем поршня 4 открываются продувочные окна 10, происходит продувка рабочей камеры 3 от остаточных газов и ее наполнение сжатым свежим зарядом, перепускаемым из компрессорной камеры 2 по каналам 11. В конце продувки выхлопной канал 15 перекрывается клапаном 14, а кольцевой клапан 18 закрывает перепускные окна 9. В начале движения поршня 4 к ВМТ (фиг.5) клапан 18, оставаясь неподвижным, продолжает перекрывать окна 9, изолируя каналы 11, в которых осталась под повышенным давлением часть свежего заряда, от компрессорной камеры 2, в которой начинает возникать разрежение. При этом отверстия 17 паза 16, также смещаясь относительно клапана 18, сообщают полость 20 с компрессорной камерой 2, и свежий заряд перепускается из полости 20 в компрессорную камеру 2. По мере движения поршня 4 к ВМТ (фиг.6) его днище перекрывает продувочные окна 10, левая кромка паза 16 подходит к кольцевому клапану 18, он начинает двигаться вместе с поршнем 4, открывая перепускные окна 9, и дополнительный свежий заряд впускается в компрессорную камеру 2 через отверстия 17 паза 16, полость 20 и впускные окна 8 вплоть до перекрытия последних клапаном 18 вблизи ВМТ (фиг.1). Одновременно в рабочей камере 3 происходит дополнительное сжатие свежего заряда. При подходе поршня 4 к ВМТ форсунка 13 впрыскивает в сжатый заряд топливо, которое воспламеняется от сжатия.

В случае двигателя по фиг.7, при расширении продуктов сгорания в рабочей камере 3 поршня 4, перемещаясь к НТМ, открывают выпускные окна 21. Давление в рабочей камере 3 падает. Под действием перепада давлений в рабочей камере 3 и компрессорной камере 2 (или под действием толкателя в штоке) открываются тарельчатые клапаны 26, и сжатая горючая смесь по каналам 25 перепускается в рабочую камеру 3. С началом движения поршней к ВМТ выпускные окна 21 и перепускные каналы 25 закрываются. Происходит перекладка кольцевого клапана 18 на другую кромку паза 16, расположенную дальше от днища поршня. При этом кольцевая полость 20 открывается через отверстия 17 паза 16 в компрессорную камеру 2, и поток горючей смеси из этой полости и из впускных окон 8 попадает на оребрение теплообменника 22, охлаждаясь при этом. Давление горючей смеси в рабочей камере 3 нарастает, и вблизи ВМТ свеча 24 поджигает смесь. Накопление же смеси в компрессорной камере 2 продолжается вплоть до подхода поршней 4 к ВМТ.