двухтактный двигатель внутреннего сгорания без кривошипно-камерной продувки

Формула изобретения

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания без кривошипно-камерной продувки, содержащий цилиндр, снабженный свечой зажигания, выпускным окном, впускным патрубком с пластинчатым клапаном, основными и дополнительными продувочными окнами, поршнем, картер с маслом и установленным на нем цилиндром, смонтированным в нем коленчатым валом с шатуном, отличающийся тем, что двигатель снабжен дополнительным кольцеобразным продувочным поршнем, расположенным в кольцевой полости цилиндра, смонтированным посредством двух шатунов на эксцентриках коленчатого вала, положение центра которых находится в пределах угла а, смещенного против направления вращения коленчатого вала двигателя и образованного прямой, проходящей через центры окружностей коленчатого вала и поршневого пальца, и прямой, проходящей через центр окружности коленчатого вала при нахождении поршня в ВМТ или НМТ, при этом диапазон величин угла а определяется неравенством 0<а<b, где b - max величина угла а, определяемая углом поворота коленчатого вала, при котором поршень закрывает основные и дополнительные продувочные окна, а Vк.ц.о.>Vдв., где Vк.ц.о. - кольцевой цилиндрический объем, Vдв. - объем двигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в конструкциях двухтактных ДВС.

Известна конструкция двухтактного ДВС, содержащая заключенный в картер масляный насос, его привод, кинематически связанный с коленчатым валом двигателя, привод управления, связанный тросом с ручкой газа, а также емкость для масла. [1]

Недостатком данного ДВС является его сложность, в результате низкая эксплуатационная надежность.

Известна конструкция двухтактного ДВС, содержащая дополнительный объем, расположенный во впускном патрубке перед впускными окнами и отделенный от кривошипной камеры гибкой мембраной. [2]

Недостатком известной конструкции является низкая надежность, сложность эксплуатации. Применение гибкой мембраны не обеспечивает надежный пуск ДВС, так как при его остановке мембрана, вследствие упругих свойств, займет среднее положение в объеме, в результате чего половины объема для запуска двигателя будет недостаточно. А при остановке ДВС, когда поршень расположится в цилиндре в среднем положении, то пуск двигателя будет невозможен.

Задачей заявляемого технического решения является повышение мощности за счет лучшей организации газообменных процессов, уменьшение вредного влияния на окружающую среду за счет исключения из топливовоздушной смеси масла и повышение эксплуатационной надежности вследствие улучшения смазки трущихся поверхностей.

Указанная цель достигается тем, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания выполнен без кривошипно-камерной продувки и содержит цилиндр с поршнем, снабженный свечой зажигания, выпускным окном, впускным патрубком с пластинчатым клапаном, основными и дополнительными продувочными окнами. Цилиндр установлен на картере с маслом, в котором смонтирован коленчатый вал с шатуном. Двигатель также снабжен дополнительным кольцеобразным продувочным поршнем, расположенным в кольцевой полости цилиндра и смонтированным посредством двух шатунов на эксцентриках коленчатого вала. Положение центра эксцентриков находится в пределах угла а, смещенного против направления вращения коленчатого вала двигателя и образованного прямой, проходящей через центры окружностей коленчатого вала и поршневого пальца, и прямой, проходящей через центр окружности коленчатого вала при нахождении поршня в ВМТ или НМТ. При этом диапазон величин угла а определяется неравенством 0<а<b, где b - max величина угла а, определяемая углом поворота коленчатого вала, при котором поршень закрывает основные и дополнительные продувочные окна, а Vк.ц.о.>Vдв., где Vк.ц.о. - кольцевой цилиндрический объем, Vдв. - объем двигателя.

Применение в двухтактном ДВС дополнительного кольцеобразного продувочного поршня позволяет изолировать топливную смесь от кривошипной камеры, снабженной маслом, которое коленчатым валом разбрасывается по стенкам цилиндров.

Таким образом, заявляемый двухтактный ДВС соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлена конструкция двухтактного ДВС и схемами фаз газораспределения.

На фиг.1 представлен общий вид двухтактного ДВС в разрезе.

На фиг.2 - вид А-А фиг.1 - рабочий поршень в верхней мертвой точке (ВМТ).

На фиг.3 - вид А-А фиг.1 - рабочий поршень в нижней мертвой точке (НМТ).

На фиг.4 - вид Б-Б фиг.2.

На фиг.5 - вид А-А фиг.1 - рабочий поршень в ВМТ, эксцентрики дополнительных шатунов смещены на угол а.

На фиг.6 - вид А-А фиг.1 - рабочий поршень в НМТ, эксцентрики дополнительных шатунов смещены на угол а.

На фиг.7 - схема фаз газораспределения двухтактного ДВС фиг.2-3.

На фиг.8 - схема фаз газораспределения двухтактного ДВС фиг.5-6.

Двухтактный ДВС содержит картер 1, состоящий из двух половин, коленчатый вал 2, масло 3, налитое в картер 1, цилиндр 4, установленный на картере 1, поршень 5, смонтированный посредством поршневого пальца 6 на шатуне 7 коленчатого вала 2, дополнительный кольцеобразный продувочный поршень 12, расположенный в кольцеобразной полости 8 цилиндра 4 и связанный через пальцы 14 и дополнительные шатуны 13 с эксцентриками 15 коленчатого вала 2, лепестковый пластинчатый клапан 10, установленный во впускном патрубке 9 цилиндра 4.

Двухтактный ДВС работает следующим образом. Поршень 5 при движении к ВМТ последовательно закрывает основные продувочные окна 17, дополнительное продувочное окно 18 и выпускное окно 16. Одновременно дополнительный кольцеобразный поршень 12 начинает движение к НМТ, так как эксцентрики 15 расположены относительно пальца нижней головки шатуна на угол, равный 180 градусов. При движении во впускном патрубке 9 создается разряжение, в результате которого лепестки 20 пластинчатого клапана 10 открываются и свежая топливная смесь заполняет кольцеобразный цилиндрический объем 11, не попадая в кривошипную камеру. При достижении поршнем 5 ВМТ происходит сжатие топливной смеси и ее воспламенение. Одновременно продувочный поршень 12 достигает НМТ, кольцеобразный объем 11 полностью заполняется свежей топливной смесью, разряжение падает, и лепестки 20 клапана 10 закрываются. Дальше происходит рабочий цикл. Поршень 5 под действием высокого давления газов, образовавшихся в результате сгорания топливной смеси, начинает движение к НМТ. В это же время дополнительный поршень 12 начинает движение к ВМТ. При прохождении поршнем 5 верхней кромки выпускного окна, отработавшие газы устремляются в выпускную систему. Одновременно дополнительный поршень 12 сжимает свежую топливную смесь в кольцеобразном объеме 11, так как клапан 10 закрыт. При открытии днищем поршня 5 основных продувочных окон 17 и дополнительного окна 18, сжатая дополнительным поршнем 12 свежая топливная смесь устремляется в рабочую полость 21 цилиндра 4, вытесняя оставшиеся отработавшие газы в выпускную систему. При достижении рабочим поршнем 5 НМТ полностью открываются выпускное окно 16, основные продувочные окна 17 и дополнительное продувочное окно 18. Одновременно при достижении кольцеобразным продувочным поршнем 12 своей ВМТ происходит окончательное вытеснение свежей смеси в рабочую полость 21 цилиндра 4. С целью увеличения эффективности продувки поршень 12 снабжен вытеснителями 19, которые, входя в продувочные каналы, дополнительно вытесняют остатки свежей топливной смеси в полость 21 цилиндра 4. Далее процесс повторяется.

В двухтактных двигателях при начале движения рабочего поршня 5 до закрытия кромкой поршня основных продувочных окон 17 и дополнительного окна 18 происходит заброс из полости 21 цилиндра 4 части свежей топливной смеси обратно в продувочные окна 17 и 18. Происходит потеря части заряда топливной смеси. Потеря определяется высотой продувочных окон и достигает в данном ДВС приблизительно 53 градуса оборота коленчатого вала.

Предлагаемый двухтактный ДВС позволяет минимизировать этот недостаток или при определенных условиях свести его к нулю. Это достигается смещением эксцентриков 15 шатунов 13 дополнительного продувочного поршня 12 на угол а, который больше 0, против направления вращения коленчатого вала при нахождении рабочего поршня в НМТ или в ВМТ.

Работает такой ДВС следующим образом. Рабочий поршень 5 находится в ВМТ. Происходит воспламенение топливной смеси. Поршень 5 движется к НМТ. Одновременно кольцеобразный продувочный поршень 12 осуществляет движение к НМТ, и продолжает происходить впуск свежей топливной смеси в увеличивающийся кольцевой цилиндрический объем 11. При достижении НМТ поршнем 12, преодолев инерцию топливовоздушной смеси, лепестки 20 пластинчатого клапана 10 закрываются. Рабочий поршень 5 за это время проходит расстояние, равное углу а поворота коленчатого вала ДВС, но не доходит до верхней кромки выпускного окна. Рабочий поршень 5 продолжает движение к НМТ, происходит выпуск отработавших газов, а продувочный поршень 12 продолжает движение к ВМТ и сжимает свежую топливную смесь в уменьшающемся кольцевом цилиндрическом объеме 11. При открытии днищем поршня 5 основных 17 и дополнительного 18 продувочных окон и достижения поршнем 5 НМТ продувочный поршень 12 продолжает движение к ВМТ и свежая топливная смесь поступает в полость цилиндра 4. При прохождении поршнем 5 НМТ на угол а, дополнительный поршень 12 продолжает движение до ВМТ, продолжая осуществлять продувку. Таким образом, на расстоянии, равном углу а поворота коленчатого вала, поршень 5 и поршень 12 одновременно движутся к ВМТ. В результате значительно уменьшается или сводится к 0 высота продувочных окон, при которой происходит потеря части заряда топливной смеси. При дальнейшем движении поршня 5 к ВМТ происходит сжатие топливной смеси, а поршня 12 к НМТ - впуск свежей смеси и процесс повторяется. При работе двухтактного ДВС масло 3, находящееся в картере 1, коленчатым валом 2 разбрызгивается по поверхностям цилиндров и значительно уменьшает износ трущихся поверхностей.

Применение дополнительного кольцеобразного продувочного поршня в конструкции предлагаемого двухтактного ДВС позволит значительно уменьшить токсичность выхлопа и приблизиться по этому показателю к четырехтактному двигателю, так как топливовоздушная смесь не содержит в своем составе масло, необходимое для смазки обычных двухтактных ДВС. Кроме этого, значительно возрастает ресурс - позволяет приблизиться к ресурсу четырехтактного ДВС за счет улучшения смазки трущихся поверхностей. Улучшение газообменных процессов позволит существенно повысить мощность и эксплуатационную надежность ДВС.

Источники информации

1. Журнал "Мото", №7, 1993, с.6-7.

2. Журнал "Популярная механика", №12, 2003, с.16.