Двигатель внутреннего сгорания

 

СОЮЗ (.ОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ии F 02 В 27/00

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

, Q0

С»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4928437/06 (22) 18.04.91 (46) 15.04,93. Бюл. N. 14 (75) П.С, Владимиров . (56) Авторское свидетельство СССР

М t694954, кл, F 02 В 27/00, 1989. (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения; двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр 1, в котором выполнены два ряда впускных окон

2 и 3. два ряда выпускных окон 4 и 5; размещены впускной поршень 6 и выпускной поршень 7, имеющие на- боковых поверхностях каналы 8 и 9, между поршнями и крышками

10 цилиндров заключены подпоршневые полости 11, 12, Снаружи на цилиндре установлены первпускные каналы, которые выполнены или в виде удлиненных полостей 15 или в виде пневмоцилиндров 16 со свободно и подвижно установленными поршнями 17 и буферными полостями 18, соединенными трубопроводами 19, 20 с подпоршневыми полостями 11, 12. При положении поршней

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

Цел@изобретения — повышение технико-экономических показателей двигателя.

На фиг. 1 представлен двигатель в осевом разрезе; на фиг. 2 — разрез по А-А; на фиг. 3 — разрез по В-В; на фиг. 4 5 6 — варианты выполнения перепускных каналов; на фиг. 7 и 8 — приведен вариант двигателя с дополнительными наклонными каналами в выпускном поршне, Я2,, 1809135 Al

6, 7 вблизи верхней мертвой точки каналы 8 на поршнях соединяют ряды впускных окон

2 и 3, а каналы 9 соединяют ряды выпускных окон 4, 5. Впускной патрубок 47 соединен с низконапорным источником сжатого воздуха. Воздух через патрубок 47, окна 2, каналы

8, окна 3. Перепускные каналы 15, 16, окна 4. каналы 9 окна 5 и выпускные патрубки 42 осуществляет продувку этого тракта и вытеснение из него продуктов сгорания, свободный поршень 17 смещается в крайне правое положение. По окончании продувки свежий воздушный заряд вытесняется в рабочую камеру цилиндра 1, а продукты сгорания размещаются в перепускном канале реализуется наддув камеры цилиндра, поршень 17 достигает буферной полости

18, сжимает в ней воздух, останавливается и отражается обратно, волна давления из полости 18 распространяется по трубопро: родам 19, 20 и при встречном движении поршней 6, 7 достигает их подпоршневых полостей, воздействует на поршни, 13 з.п. ф-лы, 8 ил, яыыыЬ

,Ы

Двигатель содержит, по меньшей мере, (Л один цилиндр 1, в котором выполнены два ряда впускных окон 2 н 3, два ряда выпуск- )уя ных окон 4 и 5, размещены впускной поршень 6 и выпускной поршень 7, имеющие на боковых поверхностях каналы 8 и 9, между поршнями и крышками 10 цилиндров заключены подпоршневые полости 11, 12.

Штоки поршней 13. 14 соединены с механизмом преобразования поступательного движения поршней в вращательное движеwe силового вала, например, в виде качаю1809135 щегося коромысла и втулки на косом кривошипе (на чертежах не показано). Механизм преобразования обеспечивает движение поршней во взаимно-противоположных направлениях, Снаружи на цилиндре размещены перепускные каналы, которые выполнены или в виде удлиненных полостей

15, или в виде пневмоцилиндров 16 со свободно и подвижно установленными порш. нями 17 и буферными полостями 18, соединенными трубопроводами 19. 20 с подпоршневыми полостями 11, 12. Варианты перепускных каналов на фиг. 1 условно совмещены, в реальном двигателе исполняется один вариант, Входы 21, 22 перепускных каналов соединены с выпускными окнами 4, выходы — с впускными окнами 3.

Поршни 17 выполнены в виде легкой пустотелой оболочки, например, из углепластика, они могут быть подведены на аэростатических подшипниках с поддувом воздухом через обратный клапан из воздушного тракта (через торец, обращенный к выходу канала).

Каналы 8 на впускном поршне могут быть выполнены в виде кольцевой проточки, для выпускного поршня предпочтительно ис полнение каналов 9 компактного в поперечном сечении профиля с жаропрочными теплоизолированными от поршня вставками 23, например, в виде штамповок из листовой стали, скрепленных с поршнем с воздушным зазором. 8 углах поворота перепускных каналов 15 целесообразна установка направляющих лопаток 24, Исполнение двигателя допускает различные варианты, На фиг, 4 изображен вариант перепускного канала с регулируемой акустической длиной; он содержит неподвижно соединенные с цилиндром 1 параллельные патрубки 25, 26, соединенные с впускными и выпускными окнами; с патрубками в.осевом направлении сопряжен трубчатый подковообразный элемент 27 с закрепленным на нем винтом 28. соединен. ным по резьбе с червячным колесом 29, установленным в корпусе двигателя на подшипниках 30 и зацепляющимся с червяком 31, снабженным приводом вращения, например, электродвигателем 32, управляемым бортовым компьютером.

На фиг, 5 приведена конструкция перепускного канала со ступенчатым свободным поршнем 33, сопряженным со стенками канала по цилиндрическим поверхностям разных диаметров, причем в торце полости меньшего диаметра закреплены трубопроводы 19, 20, соединенные с поршневыми полостями, Внутри ступенчатого поршня возможно исполнение дренажных отверстий 34, 35. На внутренней поверхности перепускного канала может быть выполнена кольцевая канавка с диаметрами. высота которой (в осевом направлении) больше ширины поршня. В канавке возможно исполнение четырех (или трех) направляющих ребер 36, дополнительно центрирующих поршень. Аналогом ступенчатого поршня является свободный поршень 37. изображенный на фиг. 6 и имеющий внутренний цилиндр 38, подвижно сопряженный с неподвижным плунжером 39, внутренняя полость которого сообщена с трубопроводами 1.9, 20. Подобно перепускному каналу 16, трубопроводы 19, 20 тоже могут быть снабжены дополнительным свободным поршнем 40, размещенным внутри плунжера 39.

Перепускные каналы 15, 16 и трубопроводы 19. 20 подбором длины полостей и

20 масс свободных поршней выполняются с определенной газодинамической инерционностью, или, иначе говоря, с определенной акустической длиной. Инерционность перепускных каналов должна обеспечивать максимум волны давления на выходе канала при фазе движения впускного поршня 6, близкой к 180 от "верхней мертвой точки", инерционность трубопроводов 19,20 больше и обеспечивает пик давления в подпоршневых полостях 11, 12 около 270 от в,м.т. и минимум давления примерно при 90 после в,м.т, Трубопроводы 19, 20 могут быть, соединены с перепускным каналом или последовательно, или параллельно, когда их

35 входы соединяются непосредственно с частью выпускных окон 4. Трубопроводы также допускают исполнение с переменной дриной, подобное изображенному на фиг. 4, Возможен вариант двигателя с выпуск40 ными поршнями, снабженными рядом наклонных каналов 41, выполненных в головке поршня. В фазе свободного выпуска отверстия каналов 41 сообщены со входом перепускного канала 15, а в конце хода поршня

45 — или с выпускными патрубками 42, или с дополнительными выпускными патрубками

43, разобщенных с патрубками 42 перемычкой и снабженных дроссельной заслонкой

44, установленной в патрубке и соединен50 ной рычагом 45 с приводом в виде тяги 46; кинематически связанной, например, с центробежным регулятором числа оборотов двигателя (или с приводом, управляемым бортовой 38M). Расстояние между днищем поршня и отверстиями каналов 41 равно или больше выпускных окон 15. При положении поршней 6, 7 вблизи верхней мертвой. точки каналы 8 на поршнях соединяют ряды впускных окон 2 и 3, а каналы 9 соединяют ряды выпускных окон 4, 5. Впускной патрубок 47

1809135

20

45

50 соединен с низконапорным источником сжатого воздуха (например. от установленной на валу дви га тел я крыл ьчатк и), воздух через патрубок 47. окна 2, каналы 8, окна 3, перепускные каналы 15. 16, окна 4, каналы

9. окна 5 и выпускные патрубки 42 осуществляют продувку этого тракта и вытеснение из него продуктов сгорания, свободный . поршень 18 смешается в крайне правое положение. В фазе свободного выпуска продуктов сгорания, соответствующей фиг. 1 сначала открываются окна 4, и газы под давлением порядка 6 бар поступают на вход перепускных каналов 15, 16: давление в рабочей камере цилиндра 1 и в перепускных каналах выравйивается, достигая величины

2 бар. При этом газы в полости канала 15 (или поршень 17 в канале 16) приобретают значительную скорость и кинетическую энергию, силой своей инерции обеспечивают прямоточную продувку рабочей камеры после открытия впускных окон 3, По окончании продувки свежий воздушный заряд вытесняется в рабочую камеру цилиндра 1, а продукты сгорания размещаются в перепускном канале. при этом сохраняетоя давление 2 бар, т.е. реализуется значительный наддув камеры цилиндра, поршень 17 до. стигает буферной полости 18, сжимает е ней воздух, останавливается и отражается обратно, волна давления из полости 18 распространяется по трубопроводам 19, 20 и при встречном движении поршней 6, 7 достигает их подпоршневых полостей, воздействует на поршни, создавая дополнительную мощность на валу двигателя. В фазе 260 от в.м.т, каналы 9 соединяют окна 4, 5,впускные газы из каналов 15, 16 сбрасываются в патрубки 42, при этом поршни 17 получают дополнительное ускорение.

Сжатие воздуха в рабочей камере цилиндра 1 происходит обычным образом, затем осуществляется впрыск топлива через форсунку 48, сгорания смеси и расширение продуктов сгорания. После в.м.т. движущийся по инерции поршень 17 или столб газа в полости канала 15 создают разрежеwe на выходах каналов и в подпоршневых полостях, обеспечивая всасывание свежего воздуха через патрубок 47 и увеличивая мощность на валу двигателя. Далее цикл повторяется.

Действие двигателя с конструктивными элементами характеризуется определенными особенностями, По окончании фазы активного выпуска продуктов сгорания поршень 33 приобретает значительную скорость, при этом проходные сечения окон 3 еще недостаточны для перепуска без сильного дросселирования вытесняемого поршнем воздуха, в результате возможно черезмерное повышение давления на выходе перепускного канала.

Положение поршня 33 в этот момент в пределах канавки обеспечивает кольцевой saзор между поршнем и стенками перепускного канала, благодаря которому часть воздуха перетекает на вход канала и устраняет пиковые выбросы давления; т.е канавки и дренажные отверстия 34, 35 обеспечивает временную задержку действия поршня до открытия окон 3, Наличие на поршне ступени с уменьщенным диаметром обеспечивает более высокие давления в подпоршневых полостях при неизменной длительности импульса, или более длительный импульс при сопоставимом уровне давления; оба варианта увеличивают дополнительную мощность двигателя. обусловленную расширением сжатого воздуха в подпоршкевых полостях, Исполнение поршня 36 с внутренним цилиндром 38 обеспечивает описанный выше полезный эффект при меньших габаритах, Регулирование акустической длины перепускного канала посредством привода 32 на фиг, 4 обеспечивает оптимальный газооб30 мен при неизменении скоростного режима, поскольку с уменьшением частоты вращения вала увеличивается длина перепускного канала, При снижении цикловой подачи топлива при работе двигателя на частичных нагрузках энергии выпускных газов может быть недостаточно для полной очистки цилиндра 1 от продуктов сгорания, В этом случае полезен вариант, изображенный на фиг, 7, 8. В фазе активного выпуска отверстия каналов 41 в поршне соединяются со входом перепускного канала и происходит выравнивание перепадов давления в камере цилиндра и в перепускном канале, Затем вблизи "нижней мертвой точки" отверстия на входе канала перекрываются цилиндрической поверхностью головки поршня, а отверстия каналов 41 соединяются с патрубками 43. в результате остаточные газы выпускаются из камеры в патрубок. В этом устройстве при малых числах оборотов возможно черезмерное падение давления наддува в цилиндре; дроссельная заслонка

44. соединенная тягой 46 с центробежным

55 регулятором, устраняет неблагоприятный эффект; она поворачивается и пропорционально уменьшает проходное сечение патрубка 43 и выпуск воздуха.

Исполнение выпускных каналов 9 с жаропрочными теплоизолированными встав1809135 ками 23 снижает термонапряженность выпускного поршня 7.

Теплонапряженность поршня 7 может быть снижена также изменением направления продувки перепускного канала на про- 5 тивоположное; для, этого каналы 9 выполняются на поршне 6, а каналы 8 — на поршне 7, патрубки 42 соединяются с источником сжатого воздуха, а патрубки 47 — с выпускным трактом, причем патрубки 47 10 благодаря соответствующему исполнению газораспределительных кромок каналов 9 соединяются с Окнами 3 раньше, чем патрубок 42 с окнами 4, Продувка перепускного канала 15, 27 (без свободных поршней) осу- 15 ществляется в этом варианте в направлении от патрубка 42 к патрубку 47, при этом более теплонапряженный выпускной поршень 7 охлаждается воздухом, а менее нагретый впускной поршень 6 подогревается выпуск- 20 ными газами, т.е. тепловое состояние поршней выравнивается.

Формула изобретения

1. Двйгатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр 25 с впускными окнами, соединенными с впу скными патрубками, выпускными окнами, связанными с выпускными патрубками и размещенными в нем противоположно движущимися впускным и выпускйым поршня- 30 ми. кинематически связанными с силовым валом, перепускные каналы соединенные входом с выпускными окнами цилиндра, а выходом — с его впускными окнами, камеру сгорания, образованную поршнями и ци- 35 линдром, снабженным крышками с образованием подпоршневых полостей, источник сжатого воздуха и выпускной тракт, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения технико- экономических показателей, впу- 40 скные окна цилиндра выполнены двумя рядами, разнесенными по оси цилиндра, удаленный от камеры сгорания ряд соединен с впускными патрубками, а приближенный к камере сгорания ряд — с выходом 45 каждого перепускного канала, выпускные окна цилиндра выполнены двумя радами, приближенной к камере сгорания ряд связан с входом каждого перепускного канала и посредством трубопроводов — с подпорш- 50 невыми полостями, а удаленный от камеры сгорания ряд — с выпускными патрубками, и на боковой поверхности выпускного поршня выполнены каналы, соединяющие ряды выпускных окон. 55

2. Двигатель по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что трубопроводы и перепускные каналы соединены с выпускными окнами параллельно.

3. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что трубопроводы и перепускные каналы соединены с выпускными окнами последовательно.

4, Двигатель по пп. 1 и 3, о т л и ч а юшийся тем, что перепускные каналы выполнены в виде пневмоцилиндров со свободными поршнями и буферными полостями, соединенными через трубопроводы с подпоршневыми полостями, 5. Двигатель по пп. 1 и 3, о т л и ч а юшийся тем, что перепускные каналы снабжены трубчатым элементом и выполнены в виде параллельных патрубков, сопряженных с трубчатым элементом с возможностью его переме цения по патрубкам при помощи привода.

6. Двигатель по пп. 1, 3 и 4, о т л и ч а юшийся тем, что пневмоцилиндры и разме- щенные в них свободные поршни вйполнены ступенчатыми.

7, Двигатель по пп. 1, 3, 4 и 6, о тл и ч а юшийся тем, что внутри каждого г невмоцилиндра выполнена кольцевая канавка, высота которой в осевом направлении больше высоты ступени большего диаметра каждого свободного поршня..

8. Двигатель по пп. 1,3,4и 6,отличаюшийся тем, что внутри каждого свободного поршня выполнейо осевое цилиндрическое отверстие, а каждый пневмоцилиндр снабжен неподвижным плунжером, сопряженным с цилиндрическйм отверсти е м свободного поршня и снабженным канала-. ми с подпоршневыми полостями.

9. Двигатель по пп. 1, 3, 4, 6и 8, отл ич э ю шийся тем. что внутри плунжера размещен дополнительный свободный поршень.

10, Двигатель по пп. 1, 3, 4, 6, 8 и 9. о тл и ч а ю шийся тем, что каналы выпускного поршня снабжены жаропрочными вставками, 11, Двигатель по пп. 1, 3, 4, 6, 8-10, о тл и ч а ю шийся тем, что впускные патрубки соединены с источником сжатого воздуха, а выпускные патрубки — с выпуск ным трактом.

12. Двигатель по пп. 1, 3. 4, 6, 8-16, о тл ича ю щийсятем,что впускные патрубки соединены с выпускным трактом, а выпускные пэтрубки — с источником сжатого воздуха.

13. Двигатель по пп, 1, 3, 4, 6, 8-11, отл и ч а ю шийся тем, что в головке выпускного поршня выполнены наклонные каналы, связанные с его боковой поверхностью посредством отверстий, размещенных на расстоянии от днища поршня, равном или превышающем высоту первого радя вы1809135

1О пускных окон с возможностью их перекрытия боковой поверхностью поршня при его положении в нижней мертвой точке и одновременно сообщения отверстий с выпускными патрубками.

14, Двигатель по пп. 1, 3, 4, 6. 8-12, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен центробежным регулятором, связанным с силоаый валом, часть наклонных каналов выполнена С воэможностью их сообщения с дополнительным выпускным патрубком, снабжай 5 ным дроссельной заслонкой, кинематически связанной с центробежным регулятором.

О !

?Ю

О

tl

1809135. Составитель К.Дементьев

Тех ред М.Моргентал

Корректор, Л.Ливринец

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ . 1271 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская на6„4/5