Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что цилиндрический корпус и установленный внутри него ротор образуют кольцевое пространство, разделенное посредством продольных корпусных стенок на камеры, в которых расположены сегментные поршни, на внешней поверхности ротора выполнен замкнутый эллиптический паз с полукруглым поперечным сечением, а в поршне выполнено полусферическое гнездо с расположенным в нем шаром, посредством которого поршень взаимодействует с пазом ротора. Изобретение позволяет свести до минимума вредные объемы в наполнительных подпоршневых камерах, сообщенных с камерами сгорания посредством перепускных каналов, и повысить эффективность продувки в двухтактных двигателях внутреннего сгорания. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс осуществляется за два хода поршня /см., например, Политехнический словарь", Москва, 1977, под редакцией академика И.И. Артоболевского, стр. 132 - 133/. Классическая схема двухтактного двигателя, работающего на легком топливе, включает в себя цилиндр, его головку, поршень, кривошипно-шатунный механизм в сочетании с кривошипной камерой, а также карбюратор, впускное, выпускное и продувочное окна и свечу зажигания, что позволяет осуществлять чередования парных процессов - сжатия и наполнения кривошипной камеры с выпуском и продувкой.

Принципиальным недостатком этого двигателя является несовершенство продувки и нецелесообразность его многоцилиндрового исполнения. Причина этих недостатков кроется в наличии кривошипно-шатунного механизма и строго соответствующей ему индивидуальной кривошипной камеры наполнения. Поэтому двухтактный двигатель легкого топлива создается лишь на небольшую мощность применительно к мотоциклам, лодкам и т.д.

Наиболее близким по технической сущности прототипом является "Двухтактный бесшумный двигатель внутреннего сгорания" /патент Российской Федерации N 2017998/, содержащий корпус, рабочие полости-цилиндры, поршни, кинематически связанные с общим валом, с поперечными роликами, одни из которых установлены с возможностью взаимодействия с прямолинейным пазом, выполненным на неподвижной втулке, соединенной с корпусом, а другие - с криволинейным пазом, выполненным на внутренней поверхности поворотной втулки, соединенной с выходным валом, установленным в корпусе на подшипниках, а поворотная втулка смонтирована на подшипниках снаружи неподвижной втулки и имеет общий криволинейный паз, выполненный на внутренней поверхности втулки, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности двигателя, надежности и ресурса работы опорных подшипников, всасывающий канал выполнен в средней наружной зоне поворотной втулки, перепускные каналы в цилиндры выполнены с прямым сообщением с наружными зазорами поворотной втулки, а межпоршневая полость сообщена с всасывающим и продувочными каналами через опорные подшипники поворотной втулки.

Анализ двигателя показал, что такие важнейшие вопросы, как снижение массы, усовершенствование продувки и механизма преобразования в многоцилиндровом исполнении, этим изобретением не решаются. Двигатель представляет собой очень сложное устройство, а такие детали, как поршни с арочными осями, поворотная втулка, по внутренней поверхности которой выполнен криволинейный замкнутый паз, не считая конической зубчатой передачи, и целый ряд других весьма дорогих и технологически сложных деталей делают этот двигатель бесперспективным. Поставленная же цель повышения экономичности двигателя, надежности и ресурса работы опорных подшипников не оправдывается столь серьезными затратами и усложнениями.

Задачей заявляемого технического решения является устранение отмеченных недостатков и создание двухтактного двигателя внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма и наполнительной камеры в существующем виде.

Решение задачи достигается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, включающем цилиндрический корпус, поршень, цилиндрический ротор, установленный концентрично в корпусе, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение ротора, снабженного замкнутым эллиптическим пазом, наполнительную камеру, продувочные каналы, впускное, выпускное и продувочное окна, выполненные в корпусе, цилиндрический корпус и установленный внутри него ротор образуют кольцевое пространство, разделенное посредством продольных корпусных стенок на камеры, в которых расположены поршни, при этом паз выполнен с полукруглым поперечным сечением на внешней поверхности ротора, а в поршне выполнено полусферическое гнездо с расположенным в нем шаром, посредством которого поршень взаимодействует с пазом ротора.

Новизна изобретения заключается в том, что механизм преобразования выполнен в виде кулачкового пространственного механизма с цилиндрическим кулачком, что позволяет свести до минимума вредный объем подпоршневой наполнительной камеры и повысить удельную мощность двигателя, а также сделать реальным его многоцилиндровое блочное исполнение.

На чертеже представлена принципиальная схема двухтактного двигателя и разрез А-А.

Двигатель устроен следующим образом. В боковинах 1 цилиндрического корпуса 2 шарнирно и концентрично расположен цилиндрический ротор 3, охваченный замкнутым эллиптическим пазом 4 полукруглого сечения. Посредством продольных корпусных стенок 5 кольцевое межцилиндровое пространство разделено на определенное количество одинаковых камер 6. Часть камеры 6 занята поршнем 7, который на вогнутой цилиндрической поверхности, прилегающей к цилиндрическому ротору 3, имеет полусферическое гнездо 8, радиус которого равен радиусу полукруглого сечения эллиптического паза 4. К поршню 7 прилегает камера сгорания 9. Оставшаяся с противоположной стороны поршня 7 часть камеры 6 является наполнительной камерой 10. В пределах наполнительной камеры 10 в теле корпуса 2 имеются продувочные каналы 11, оканчивающиеся продувочными окнами 12, расположенными между впускным окном 13 и выпускным окном 14 /по продольной оси канала 6/. Поршень 7 сопрягается с цилиндрическим ротором 3 посредством шара 15, который принадлежит одновременно и эллиптическому пазу 4, и полусферическому гнезду 8. Конструктивный наклон плоскости эллипса и длина поршня 7 соотносятся таким образом, чтобы гарантированно исключалась пространственная связь между полостями камеры 6 и эллиптического паза 4. В области камеры сгорания 9 установлена запальная свеча 16.

Работает двухтактный двигатель внутреннего сгорания следующим образом. При вспышке сжатой горючей смеси в камере 9 от запальной свечи 16 расширяющиеся газы перемещают поршень 7 вдоль камеры 6, который выполняет одновременно две функции: он сжимает в наполнительной камере 10 подготовленный рабочий заряд и вращает цилиндрический ротор 3 в результате перемещения шара 15 по эллиптическому пазу 4. Как только перемещающийся поршень начинает открывать выпускное окно 14, отработавшие газы устремляются к выходу из него. При дальнейшем движении поршня 7 открывается продувочное окно 12, через которое осуществляется продувка сжатой горючей смесью камеры сгорания посредством продувочных каналов 11. В результате продувки отработавшие газы окончательно изгоняются из камеры сгорания, унося с собой частично горючую смесь. Таким образом, все пространство камеры сгорания оказывается заполненным горючей смесью. В процессе движения поршня в обратном направлении, а это начнется после поворота ротора на 180 градусов, выпускное окно 14 перекрывается и горючая смесь подвергается сжатию. Одновременно с сжатием горючей смеси в камере сгорания 9 и наполнительной камере 10 образуется вакуум, глубина которого возрастает до тех пор, пока перемещающийся поршень 7 не откроет впускное окно 13, через которое в наполнительную камеру 10 врывается свежий рабочий заряд. Поршень 7 достигает мертвой точки. После воспламенения сжатой горючей смеси расширяющиеся газы осуществляют рабочий ход поршня 7 с одновременным сжатием свежего рабочего заряда в наполнительной камере 10, подготавливая его для очередной продувки.

Таким образом, сохраняя существующий принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания, предлагаемая конструкция позволяет избавиться от кривошипно-шатунного механизма, резко снизив массу двигателя, и очистить пространство наполнительной камеры, обеспечивая совершенство продувки. Становится реальным создание многопоршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания в моноблоке, работающего на легком топливе.

Формула изобретения

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, включающий цилиндрический корпус, поршень, цилиндрический ротор, установленный концентрично в корпусе, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение ротора, снабженного замкнутым эллиптическим пазом, наполнительную камеру, продувочные каналы, впускное, выпускное и продувочное окна, выполненные в корпусе, отличающийся тем, что цилиндрический корпус и установленный внутри него ротор образуют кольцевое пространство, разделенное посредством продольных корпусных стенок на камеры, в которых расположены поршни, при этом паз выполнен с полукруглым поперечным сечением на внешней поверхности ротора, а в поршне выполнено полусферическое гнездо с расположенным в нем шаром, посредством которого поршень взаимодействует с пазом ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1