Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, в частности в двигателестроении, в том числе в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двухконтактный двигатель внутреннего сгорания содержит сообщенные с общей камерой сгорания основной и вспомогательный цилиндры, в которых соответственно размещены основной и вспомогательный поршни, механически связанные с выходным валом. В основном цилиндре выполнены впускной, выпускной и продувочные каналы. В камере сгорания установлена свеча зажигания. К боковой поверхности вспомогательного цилиндра подведен топливный канал. Вспомогательный поршень выполнен в виде плунжера. Топливный канал расположен на боковой поверхности вспомогательного цилиндра вблизи точки, которую занимает торцовая рабочая поверхность плунжера в нижней мертвой точке. В тракте топливного канала установлен обратный клапан. Плунжер расположен параллельно основному поршню и связан с ним с помощью общего поршневого пальца. Общая камера сгорания выполнена в виде вихревой камеры, с которой вспомогательный цилиндр сообщен через короткий радиальный канал, а основной цилиндр сообщен через тангенциальный канал. К боковой поверхности вспомогательного цилиндра подведены дополнительные каналы, в частности канал подачи воды. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, в том числе к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, в которых размещены поршни, механически связанные с выходным валом, в цилиндрах выполнены впускные, выпускные и продувочные окна, а на торцах цилиндров установлены крышки, образующие камеры сгорания, снабженные свечами зажигания [1] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве продувка цилиндров производится топливовоздушной смесью и значительная ее часть теряется через выходные окна системы газообмена.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором имеется цилиндр и вихревая камера сгорания, соединенные каналом. В камере установлена первая топливная форсунка для впрыскивания топлива на такте сжатия. С вихревой камерой вторым каналом соединена камера зажигания, в которой установлена вторая топливная форсунка и свеча зажигания [2] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное устройство конструктивно является относительно сложным и вместе с тем в нем не обеспечивается необходимо полное сгорание топлива из-за большой поверхности гашения пламени.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий сообщенные с общей камерой сгорания основной и вспомогательный цилиндры, в которых соответственно размещены основной и вспомогательный поршни, механически связанные с выходным валом, причем в основном цилиндре выполнены впускной, выпускные и продувочные каналы, в а камере сгорания установлена свеча зажигания [3] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного двигателя, принятого за прототип, относится то, что в известном двигателе при продувке вспомогательного цилиндра топливовоздушной смесью часть ее теряется через выпускные каналы основного цилиндра, а на такте сжатия не происходит достаточно полного перемешивания топливовоздушной смеси вспомогательного цилиндра с воздухом основного цилиндра, что препятствует полному сгоранию топлива при высоких нагрузках двигателя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Топливная экономичность двухтактных двигателей внутреннего сгорания повышается при продувке цилиндров чистым воздухом с последующей подачей топлива или топливовоздушной смеси. Однако при этом усложняется конструкция двигателя и уменьшается его литровая мощность из-за ухудшения смесеобразования при высоких нагрузках. Велика в этом случае и токсичность отработавших газов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении топливной экономичности и снижении токсичности отработавших газов двигателя при относительной простоте конструкции и высокой литровой мощности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем сообщенные с общей камерой сгорания основной и вспомогательный цилиндры, в которых соответственно размещены основной и вспомогательный поршни, механически связанные c выходным валом, причем в основном цилиндре выполнены впускной, выпускные и продувочные каналы, а в камере сгорания установлена свеча зажигания, к боковой поверхности вспомогательного цилиндра подведен топливный канал, а вспомогательный поршень выполнен в виде плунжера.

Топливный канал может быть расположен на боковой поверхности вспомогательного цилиндра вблизи точки, которую занимает торцевая рабочая поверхность плунжера в нижней мертвой точке.

В тракте топливного канала может быть установлен обратный клапан.

Плунжер может быть расположен параллельно основному поршню и связан с ним с помощью общего поршневого пальца.

Общая камера сгорания может быть выполнена в виде вихревой камеры, с которой вспомогательный цилиндр сообщен через короткий радиальный канал, а основной цилиндр сообщен через тангенциальный канал.

К боковой поверхности вспомогательного цилиндра могут быть подведены дополнительные каналы, в частности канал подачи воды.

Подведение к боковой поверхности вспомогательного цилиндра топливного канала и выполнение вспомогательного поршня в виде плунжера позволяет осуществить продувку основного цилиндра чистым воздухом, а топливо подавать в горячие отработавшие газы хорошо прогретой плунжерной пары. Топливо при этом быстро испаряется и, выталкиваяcь плунжером, в виде паров поступает в камеру сгорания, хорошо перемешивается с воздухом основного цилиндра и полностью сгорает, что обеспечивает высокую топливную экономичность и низкую токсичность отработавших газов, причем при относительной простоте конструкции и высокой литровой мощности двигателя. Здесь следует отметить, что вопрос об остаточных газах в плунжерной паре, т.е. вопрос об общем качестве продувки, не является острым, поскольку рабочий объем плунжерной пары типично составляет всего около 6% от объема основного цилиндра.

Расположение топливного канала на боковой поверхности вспомогательного цилиндра вблизи точки, которую занимает торцевая рабочая поверхность плунжера в нижней мертвой точке, способствует повышению топливной экономичности, так как в этом случае время для испарения топлива является максимальным. Это, кроме того, упрощает конструкцию двигателя, поскольку плунжер здесь одновременно служит золотником, управляющим моментом подачи топлива.

Установка обратного клапана в тракте топливного канала также способствует повышению топливной экономичности, так как при этом уменьшается утечка газов из плунжерной пары.

Расположение плунжера параллельно основному поршню и осуществление связи с ним с помощью общего поршневого пальца упрощает конструкцию двигателя.

Выполнение общей камеры сгорания в виде вихревой камеры, с которой вспомогательный цилиндр сообщен через короткий радиальный канал, а основной цилиндр сообщен через тангенциальный канал, способствует повышению топливной экономичности и снижению токсичности отработавших газов благодаря лучшему перемешиванию топлива с воздухом.

Подведение к боковой поверхности вспомогательного цилиндра дополнительных каналов, в частности канала подвода воды, также способствует повышению топливной экономичности и снижению токсичности отработавших газов, особенно для двигателей повышенной мощности, благодаря образованию водотопливной эмульсии, способствующей более полному сгоранию топлива и снижающей концентрацию окислов азота в отработавших газах за счет некоторого снижения температуры в камере сгорания в момент вспышки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлен предлагаемый двигатель, продольный разрез.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит картер 1 на котором закреплен блок цилиндров 2 с запрессованными в нем гильзой основного цилиндра 3 и гильзой вспомогательного цилиндра 4, в цилиндрах размещены соответственно основной поршень 5 и вспомогательный поршень плунжер 6,механически связанные с правой коренной шейкой выходного вала 7 через общий поршневой палец 8, шатун 9 и закрепленный в левой коренной шейке 10 палец кривошипа 11 с роликовым подшипником 12. Шейки вала установлены на коренных подшипниках 13 и 14, причем левый коренной подшипник 13 зафиксирован относительно картера 1 с помощью крышки картера 15, около правого коренного подшипника 14 установлен сальник 16. В блоке цилиндров 2 выполнены впускной канал 17, к которому подведен впускной патрубок 18, выпускной канал 19, к которому подведен выпускной патрубок 20, продувочные каналы 21, топливный канал 22, к которому подключен топливоподводящий патрубок 23 с обратным клапаном 24, водяной канал 25, к которому подключен водоподводящий патрубок 26 с обратным клапаном 27. Сверху блока цилиндров 32 закреплена головка цилиндров 28 с вихревой камерой сгорания 29, сообщенной с основным цилиндром через тангенциальный канал 30, а со вспомогательным цилиндром через короткий радиальный канал 31. На крышке цилиндров установлена дополнительная крышка 32 со свечой зажигания 33. На основном поршне установлены уплотнительные поршневые кольца 34, плунжерная пара уплотнена корпусным уплотнительным кольцом 35, внутри основного поршня установлена перегородка 36.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 7 кривошипно-шатунный механизм, содержащий шатун 9, поршневой палец 8, палец кривошипа 11, роликовый подшипник 12, левую коренную шейку 10, коренные подшипники 13 и 14, установленные в картере 1 и крышке картера 15, приводит к возвратно-поступательному движению основной поршень 5 и плунжер 6, расположенные внутри запрессованных в блоке цилиндров 2 гильзах соответственно основного цилиндра 3 и вспомогательного цилиндра 4. Вблизи нижней мертвой точки хода основного поршня 5 и плунжера 6 производится выпуск отработавших газов через выпускной канал 19 и выпускной патрубок 20, затем осуществляется продувка основного цилиндра чистым воздухом через продувочные каналы 21 и подача топлива в плунжерную пару 4 и 6 через топливный канал 22, топливоподводящий патрубок 23 и открывающийся автоматический клапан 24. Одновременно в плунжерную пару через водяной канал 25, водоподводящий патрубок 26 и открывающийся автоматический клапан 27 может подаваться вода или другая жидкость, например водоспиртовая смесь, или газ, например сжатый воздух. При движении поршня и плунжера к верхней мертвой точке воздух внутри гильзы основного цилиндра 3 сжимается и через тангенциальный канал 30 в головке цилиндров 28 подается в вихревую камеру сгорания 29, в которую одновременно через короткий радиальный канал 31 подается смесь испаpяющегося топлива, воды и оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов из плунжерной пары 4 и 6. Вблизи верхней мертвой точки хода основного поршня и плунжера образовавшаяся горючая смесь в камере сгорания поджигается свечой зажигания 33, установленной на дополнительной крышке 32, после чего происходит рабочий ход. При этом через впускное отверстие 17 и впускной патрубок 18 в подпоршневое пространство поступает воздух, в котором может быть распылено небольшое количество масла для смазки трущихся деталей, и этот воздух во время рабочего хода сжимается. Для уменьшения паразитных объемов подпоршневого пространства на основном поршне установлена перегородка 36, уплотнение картера осуществляется сальником 16.

В рассматриваемом двигателе в процессе продувки основного цилиндра не происходит потери части топлива, как в карбюраторных двигателях, и в то же время после поступления топлива в плунжерную пару оно, благодаря соприкосновению с горячими отработавшими газами от предыдущего цикла, интенсивно испаряется и хорошо перемешивается в камере сгорания с воздухом основного цилиндра, чем обеспечивается высокая степень сгорания. В совокупности это улучшает преобразование тепловой энергии в механическую, повышается топливная экономичность двигателя и снижается токсичность отработавших газов. При этом сохраняется высокая литровая мощность и относительная простота конструкции как в карбюраторном двухтактном двигателе (вместо карбюратора используется плунжерная пара, это позволяет назвать предлагаемый двигатель как "плунжерный двигатель"). К достоинствам предлагаемого двигателя следует также отнести возможность многотопливности и простоту получения режима сгорания, аналогичного при сгорании водотопливной эмульсии, если в плунжерную пару впрыскивать небольшое количество воды. Следует отметить, что остаточные отработавшие газы в плунжерной паре составляют величину, по отношению к общему объему примерно равную отношению квадратов диаметров основного и вспомогательного цилиндров. В двигателе, показанном на чертеже, соотношение диаметров составляет около 4, что соответствует добавке остаточных газов на 1/16 часть, т.е. на 6% что незначительно ухудшает общий процент очистки рабочих объемов от остаточных газов при продувке.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно, в области машиностроения, в частности в двигателестроении, в том числе в двигателях внутреннего сгорания; для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий сообщенные с общей камерой сгорания основной и вспомогательные цилиндры, в которых соответственно размещены основной и вспомогательные поршни, механически связанные с выходным валом, причем в основном цилиндре выполнены впускной, выпускной и продувочные каналы, а в камере сгорания установлена свеча зажигания, отличающийся тем, что в боковой поверхности вспомогательного цилиндра размещен топливный канал, а вспомогательный поршень выполнен в виде плунжера.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что топливный канал размещен на уровне расположения торца плунжера в момент нахождения его в нижней мертвой точке.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в тракте топливного канала установлен обратный клапан.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что плунжер расположен параллельно основному поршню и связан с ним при помощи общего поршневого пальца.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что общая камера сгорания выполнена в виде вихревой камеры, с которой вспомогательный цилиндр соединен при помощи короткого радиального канала, а основной цилиндр - тангенциальным каналом.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в боковой поверхности вспомогательного цилиндра выполнен дополнительный канал подачи воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1