Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания включает, по меньшей мере, пару соосно расположенных цилиндров (1) и (2), сопряженных с общей головкой (7), в которой размещены камера (8) сгорания колоколообразной формы и камера (11) сгорания полусферической формы. Цилиндры имеют впускной и выпускной каналы (12) и (13) и устройства приготовления смеси. Цилиндры снабжены поршнями (3) и (4), кинематически связанными с коленчатыми валами. Камера сгорания полусферической формы имеет меньший объем, чем сообщающаяся с ней камера сгорания колоколообразной формы. Кривошип коленчатого вала одного цилиндра смещен относительно кривошипа коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°. Технический результат заключается в уменьшении вибрации. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при конструировании, изготовлении и эксплуатации беспилотных и сверхлегких летательных аппаратов, например мотопарапланов.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями в цилиндрах разного диаметра, расположенных на одной оси. Каждый цилиндр снабжен кривошипно-камерной продувкой, при этом в цилиндр малого диаметра поступает обогащенная топливно-воздушная смесь, в цилиндр большого диаметра поступает воздух. Эти два цилиндра сопряжены с камерой сгорания, имеющей свечу зажигания (Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания / В.М. Кондратов, Ю.С. Григорьев, В.В. Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.49-50).

Недостатком известного двигателя является повышенная вибрация, связанная с большой неуравновешенностью двигателя, вызванной разноразмерными цилиндропоршневыми группами и кривошипно-шатунными механизмами, что делает невозможным повышение мощности двигателя за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала. Наличие двух разноунифицированных комплектов деталей затрудняет изготовление двигателя и его последующую эксплуатацию.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями в цилиндрах разного диаметра, расположенных на одной оси. Каждый цилиндр снабжен кривошипно-камерной продувкой, при этом в цилиндр малого диаметра поступает обогащенная топливно-воздушная смесь, в цилиндр большого диаметра поступает воздух. Эти два цилиндра сопряжены с камерой сгорания колоколообразной формы, в которой установлены свечи зажигания. При этом боковые поверхности камеры сгорания колоколообразной формы выполнены коническими, их образующие пересекаются и наклонены к оси цилиндров (патент США №4352343, кл. F02B 25/12 за 1982 г.).

Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания также является повышенная вибрация, связанная с большой неуравновешенностью двигателя, вызванная разноразмерными цилиндропоршневыми группами и кривошипно-шатунными механизмами, что делает невозможным повышение мощности двигателя за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала. Наличие двух разноунифицированных комплектов деталей затрудняет изготовление двигателя и его последующую эксплуатацию. Кроме того, основным недостатком указанных двигателей является низкая литровая мощность, вызванная малым рабочим объемом двигателя, связанным с разноразмерными цилиндрами.

Задачей изобретения является создание для сверхлегких и беспилотных летательных аппаратов двухтактного двигателя внутреннего сгорания повышенной мощности с уменьшенной вибрацией.

Поставленная задача решается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, включающем, по меньшей мере, пару соосно расположенных цилиндров, сопряженных с общей головкой, в которой размещена камера сгорания колоколообразной формы, при этом один из цилиндров имеет впускной канал и устройство приготовления смеси, а другой - впускной и выпускной каналы, цилиндры снабжены поршнями, кинематически связанными с коленчатыми валами, согласно изобретению один цилиндр дополнительно включает выпускной канал, другой цилиндр дополнительно включает устройство приготовления смеси, а общая головка дополнительно содержит камеру сгорания полусферической формы, имеющую меньший объем, чем сообщающаяся с ней камера сгорания колоколообразной формы, при этом кривошип коленчатого вала одного цилиндра смещен относительно кривошипа коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°.

В камере сгорания колоколообразной формы образующая одной конической поверхности камеры наклонена к оси цилиндров под углом 10-15°, а образующая другой ее конической поверхности наклонена к оси цилиндров под углом 60-65°.

Отношение площади поперечного сечения участка сопряжения камер сгорания к площади поперечного сечения каждого из цилиндров составляет 0,05-0,1.

Объем камеры сгорания полусферической формы составляет 22-32% объема камеры сгорания колоколообразной формы.

Устройство приготовления смеси выполнено в виде карбюратора.

Устройство приготовления смеси выполнено в виде форсунки.

В камере сгорания колоколообразной формы установлен декомпрессор.

На фиг.1 представлен двухтактный двигатель внутреннего сгорания (продольный разрез), на фиг.2 - увеличенное изображение общей головки цилиндров двухтактного двигателя внутреннего сгорания (продольный разрез).

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, пару соосно расположенных цилиндров 1 и 2, снабженных поршнями соответственно 3 и 4, кинематически связанными с коленчатыми валами, соединенными между собой при помощи зубчатых колес (не показаны). Кривошип 5 коленчатого вала одного из цилиндров смещен относительно кривошипа 5 коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°. К торцам цилиндров 1 и 2 с одной стороны примыкают кривошипные камеры 6, другими торцами цилиндры соосно сопряжены с общей головкой 7, в которой размещена камера 8 сгорания колоколообразной формы со свечами 9 зажигания и декомпрессором 10, сообщающаяся с камерой 11 сгорания полусферической формы цилиндра 2. Двигатель имеет впускные 12, выпускные 13 и продувочные 14 каналы, устройства приготовления смеси (не показаны) цилиндров 1 и 2. Образующие конических поверхностей камеры сгорания колоколообразной формы пересекаются и наклонены к оси цилиндров, причем образующая одной конической поверхности камеры сгорания колоколообразной формы наклонена к оси цилиндров под углом α=10-15°, образующая другой конической поверхности камеры сгорания колоколообразной формы наклонена к оси цилиндров под углом β=60-65°.

Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания

При асинхронном движении поршней 3 и 4 навстречу друг другу в кривошипных камерах 6 создается разрежение, и через впускные 12 каналы в кривошипные камеры 6 поступают заряды смеси определенного состава. В кривошипную камеру 6 цилиндра 1 поступает смесь от мощностного до экономического состава с коэффициентом избытка воздуха α от 0,75 до 1,2. В кривошипную камеру 6 цилиндра 2 поступает смесь от экономического состава до чистого воздуха с α>1,1.

При движении поршней 3 и 4 друг от друга в кривошипных камерах 6 создается сжатие, и через продувочные 14 каналы потоки смеси направляются сначала к верхней стенке цилиндров 1 и 2, затем в цилиндре 1 - вдоль конической поверхности камеры 8 сгорания колоколообразной формы, а в цилиндре 2 - вдоль полусферической поверхности камеры 11 сгорания. Далее потоки смеси, образуя петлю, вытесняют отработавшие газы из всего объема цилиндров 1 и 2 и достигают выпускных 13 каналов. При движении поршней 3 и 4 навстречу друг другу выпускные 13 каналы закрываются, и смесь, поступившая в цилиндр 1, сжимается с низкой степенью сжатия (7-8), а в цилиндре 2 - с высокой степенью сжатия (до 32).

К концу процесса сжатия в камере 8 сгорания колоколообразной формы цилиндра 1 создаются благоприятные условия для зажигания смеси от искры свечей 9 зажигания вследствие проникновения обогащенной топливом смеси в эту камеру.

После воспламенения заряда от свечей 9 зажигания в камере 8 сгорания цилиндра 1 начинается горение. Горящие газы в виде факела выбрасываются через сужающее отверстие колоколообразной камеры 8 сгорания в камеру 11 сгорания полусферической формы цилиндра 2 и осуществляют зажигание в цилиндре 2 обедненной смеси или воздуха с высокой скоростью. Оптимальный эффект факельного зажигания получен при отношении площади поперечного сечения узкого участка колоколообразной камеры 8 сгорания к площади поперечного сечения цилиндра, равном 0,05-0,1.

Уменьшение этого отношения приводит к увеличению скорости горения заряда, задуванию пламени в камере 8 сгорания, а также к жесткой и шумной работе двигателя. Увеличение упомянутого отношения вызывает при петлевой продувке появление застойных зон в цилиндрах 1, 2 и, следовательно, плохое перемешивание смеси в камерах 8 и 11 сгорания вследствие уменьшения скорости потока смеси, а значит, и уменьшает скорость горения заряда в колоколообразной камере 8 сгорания.

После развития горения в камере 11 сгорания полусферической формы цилиндра 2 начинается обратное перетекание заряда в камеру 8 сгорания колоколообразной формы цилиндра 1, происходит дожигание несгоревшего топлива за счет избыточного кислорода, находящегося в цилиндре 2. Затем открываются выпускные 13 каналы, и отработавшие газы удаляются из цилиндров 1 и 2.

Суммарный объем между поршнями в момент прихода поршня 3, а через 20-25° угла поворота коленчатого вала и поршня 4 в верхнюю мертвую точку будет одинаковым, следовательно, сгорание смеси происходит при постоянном объеме, что увеличивает полноту ее сгорания. Большее значение угла поворота коленчатого вала приведет к возрастанию неуравновешенности движущихся масс и, как следствие, к повышению вибрации двигателя.

Для обеспечения высоких значений термического КПД и мощности необходимо иметь степень сжатия в двигателе 11-13. Для этого необходимо повысить степень сжатия в цилиндрах двигателя. Допустимая степень сжатия в цилиндре 1 двигателя, работающего на бензине с высоким октановым числом, составляет 7-8. При повышении степени сжатия в цилиндре 1 возникает детонационное сгорание, которое приводит к падению мощности, уменьшению экономичности и вызывает жесткую работу двигателя. Допустимая степень сжатия в цилиндре 2 может достигать 32. При повышении степени сжатия в цилиндре 2 уменьшается механический КПД, снижается мощность, возникает жесткая работа двигателя.

Вышеуказанные значения степени сжатия зависят от объема и формы камер сгорания цилиндров. Оптимальный объем камеры сгорания полусферической формы цилиндра 2 составляет 22-32% объема камеры сгорания колоколообразной формы цилиндра 1.

На режиме максимальной мощности (взлет летательного аппарата) в цилиндр 1 подается смесь мощностного состава, например, α=0,75-0,85, а в цилиндр 2 подается смесь экономичного состава, например, α=1,1-1,2. По мере снижения мощности (горизонтальный полет или посадка) в цилиндре 1 смесь постепенно обедняется до экономичного состава, например, α=1,1-1,2, а в цилиндре 2 смесь постепенно обедняется вплоть до чистого воздуха.

Выполнение двухтактного двигателя внутреннего сгорания, один цилиндр которого дополнительно включает выпускной канал, другой цилиндр дополнительно включает устройство приготовления смеси, а общая головка дополнительно содержит камеру сгорания полусферической формы, имеющую меньший объем, чем сообщающаяся с ней камера сгорания колоколообразной формы, при этом кривошип коленчатого вала одного цилиндра смещен относительно кривошипа коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°, позволяет организовать раздельное смесеобразование с петлевой продувкой в каждом цилиндре. При этом сгорание смеси происходит при постоянном объеме, что способствует повышению термического КПД, а следовательно, и мощности заявляемого двигателя. Кроме того, выполнение цилиндров одноразмерными влечет повышение рабочего объема двухтактного двигателя внутреннего сгорания, а следовательно, повышается и литровая мощность этого двигателя.

Выполнение в камере сгорания колоколообразной формы образующей одной конической поверхности камеры наклоненной к оси цилиндров под углом 10-15°, а образующей другой ее конической поверхности наклоненной к оси цилиндров под углом 60-65° позволяет организовать петлевую продувку. При отношении же площади поперечного сечения участка сопряжения камер сгорания к площади поперечного сечения каждого из цилиндров, составляющем 0,05-0,1, достигается оптимальный эффект факельного зажигания.

Выполнение двухтактного двигателя внутреннего сгорания с объемом камеры сгорания полусферической формы, составляющим 22-32% от объема камеры сгорания колоколообразной формы, позволяет повысить степень сжатия в двигателе, термический КПД и, как следствие, мощность двигателя.

Раздельное смесеобразование в заявляемом двигателе обеспечивается при помощи устройств внешнего смесеобразования (карбюратора) или внутреннего смесеобразования (форсунки).

Организация газообмена с применением в каждом цилиндре петлевой продувки упрощает конструкцию двигателя. Изготовление всех необходимых деталей возможно по технологии, традиционной для производства двухтактных двигателей, а наличие унифицированных комплектов деталей облегчает технологию изготовления заявляемого двигателя и его последующую эксплуатацию.

Выполнение конструкции двухтактного двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями и применение одноразмерных деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунных механизмов позволяет уравновесить двигатель и, следовательно, снизить вибрацию. В уравновешенном двигателе возможно повышение частоты вращения и тем самым увеличение мощности двигателя.

Применение раздельного смесеобразования в каждом цилиндре позволяет уменьшить расход топлива и повысить экономичность заявляемого двигателя, а дожигание обогащенной смеси позволяет снизить токсичность отработавших газов.

В двухтактном двигателе внутреннего сгорания, имеющем большую степень сжатия, установка декомпрессора в камере сгорания колоколообразной формы облегчает запуск двигателя, а также позволяет освободить от богатой топливно-воздушной смеси камеру сгорания.

Для подтверждения возможности реализации настоящего технического решения были использованы детали и узлы от двигателя бензомоторной пилы МП-5 «Урал-2» с рабочим объемом 109 см3, диаметром цилиндра 55 мм и ходом поршня 46 мм. Двигатель с искровым зажиганием, воздушного охлаждения, потребляемое топливо - бензин АИ-92. Проведенные расчеты и испытания образца заявляемого двигателя подтвердили указанный технический результат.

Предложенное техническое решение позволит повысить мощность заявляемого двухтактного двигателя внутреннего сгорания, использовать его при изготовлении и комфортной эксплуатации сверхлегких летательных аппаратов и снизить вибрацию, в том числе и для беспилотных аппаратов.

1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, пару соосно расположенных цилиндров, сопряженных с общей головкой, в которой размещена камера сгорания колоколообразной формы, при этом один из цилиндров имеет впускной канал и устройство приготовления смеси, а другой - впускной и выпускной каналы, цилиндры снабжены поршнями, кинематически связанными с коленчатыми валами, отличающийся тем, что один цилиндр дополнительно включает выпускной канал, другой цилиндр дополнительно включает устройство приготовления смеси, а общая головка дополнительно содержит камеру сгорания полусферической формы, имеющую меньший объем, чем сообщающаяся с ней камера сгорания колоколообразной формы, при этом кривошип коленчатого вала одного цилиндра смещен относительно кривошипа коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°.

2. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в камере сгорания колоколообразной формы образующая одной конической поверхности камеры наклонена к оси цилиндров под углом 10-15°, а образующая другой ее конической поверхности наклонена к оси цилиндров под углом 60-65°.

3. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что отношение площади поперечного сечения участка сопряжения камер сгорания к площади поперечного сечения каждого из цилиндров составляет 0,05-0,1.

4. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что объем камеры сгорания полусферической формы составляет 22-32% объема камеры сгорания колоколообразной формы.

5. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что устройство приготовления смеси выполнено в виде карбюратора.

6. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что устройство приготовления смеси выполнено в виде форсунки.

7. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в камере сгорания колоколообразной формы установлен декомпрессор.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя корпус, имеющий, по крайней мере, пару сопряженных цилиндров (1), к торцам которых примыкают разъемные картеры (2) с размещенными в них коленчатыми валами (3), перпендикулярно расположенными к оси цилиндра (1), и передачу, включающую три цилиндрических зубчатых колеса (4), (5) и (6), оси которых лежат в одной плоскости.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит цилиндры (1, 2, 3, 4) сгорания, включающие, по меньшей мере, два комплекта цилиндров сгорания, в каждом из которых поршни двух противоположных цилиндров (1, 2, 3, 4) сгорания взаимосвязаны общим штоком (5, 6) поршня.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по крайней мере, пару соосно расположенных рабочих цилиндров, между которыми образован компрессорный цилиндр, выполненный с кольцевым пазом в средней части и связанный при помощи каналов с системой продувки рабочих цилиндров.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями. Техническими результатами заявленного изобретения являются улучшение экономичности, повышение надежности и ресурса двигателя, повышение удельной мощности и снижение токсичности продуктов сгорания.

Изобретение относится к механике и может быть использовано в конструкциях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:приводной вал, имеющий центральную ось;по меньшей мере одну камеру сгорания; по меньшей мере первый и второй поршни, расположенные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в одной и той же камере сгорания,причем первый поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток первого поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток второго поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к поршневым ДВС, у которых рабочий объем цилиндра разделен на две камеры, т.е. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям с самовоспламенением смеси. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является уменьшение вибраций.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями. Техническими результатами заявленного изобретения являются улучшение экономичности, повышение надежности и ресурса двигателя, повышение удельной мощности и снижение токсичности продуктов сгорания.

Изобретение относится к области поршневых двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение удельной мощности двухтактного двигателя за счет повышения степени наддува путем возврата свежего заряда, вышедшего из цилиндра при продувке, что позволяет осуществлять как дозарядку, так и наддув двухтактного двигателя без потерь заряда.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам работы четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а конкретно, к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из 4-х основных цилиндров (1, 2, 3, 4), расположенных друг в друге. Наружный цилиндр (1) и внутренний цилиндр (4) являются неподвижными. Подвижный цилиндр (2) представляет собой сдвоенные развернутые на 180 градусов подвижные рабочие цилиндры двигателя, которые одновременно являются поршнями встроенных наружных воздушных компрессоров, наряду с цилиндром (1). Подвижный цилиндр (3) представляет собой сдвоенные развернутые на 180 градусов подвижные рабочие поршни двигателя, которые являются одновременно подвижными цилиндрами внутренних встроенных воздушных компрессоров продувки, наряду с неподвижным цилиндром (4). Коленвал выполняет функцию синхронизации и отбора мощности. Цилиндры (2, 3) совершают противофазные возвратно-поступательные движения. Отбор полезной механической энергии при рабочем такте производится одновременно и от подвижных цилиндров (2) и от подвижных поршней (3) по двум одновременно или на выбор направлениям с различной функциональной зависимостью скорости и усилия вращения валов (5, 12) от развиваемого усилия и скорости движения цилиндров (2) и поршней (3). 4 ил.
Наверх