Экологичный двухтактный двигатель

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных (например, автомобили, тепловозы, корабли) и стационарных (например, электрические генераторы, насосы) устройств. Технический результат заключается в снижении расхода масла и улучшении экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, внутри которого расположены поршень, на крышке цилиндра установлены впускной и выпускной клапаны. На впускном клапане установлена решетка, расположенная выше нижнего края крышки цилиндра в открытом положении, за счет этого обеспечивается необходимая скорость и направление потока продувочного воздуха из впускного клапана в сторону поршня. Затем этот поток рассеивается и вытесняет отработанные газы из цилиндра, заменяя его свежим воздухом. На поршне могут быть выполнены выступы, соответствующие положению и размерам узлов клапанов. Двигатель сохраняет преимущества двухтактного и четырехтактного двигателей (соответственно высокую удельную мощность и экологичность). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных (например, автомобили, тепловозы, корабли) и стационарных (например, электрические генераторы, насосы) устройств.

Известные двухтактные ДВС отличаются от четырехтактных повышенным расходом масла и выбросом вредных веществ, что связано с тяжелыми условиями смазывания цилиндра в поясе впускных и выпускных окон, где существуют благоприятные условия для сдувания масла с поверхностей колец поршня в момент прохождения их мимо продувочных окон. Кроме того, в двухтактных двигателях в горючее добавляют масло, которое при неполном сгорании загрязняет выхлопные газы вредными веществами. В четырехтактных двигателях смазка цилиндра осуществляется за счет разбрызгивания масла из картера на стенки рабочего цилиндра, а с помощью маслосъемного поршневого кольца обеспечивается равномерное распределение масла по поверхности цилиндра и удаление его излишка в картер. Расход масла в известных двухтактных двигателях в 10 раз превышает расход масла в известных четырехтактных двигателях (например, расход масла четырехтактного двигателя КАМАЗ-740.31-240 (EURO-2) в автобусной комплектации составляет 0,2% от расхода топлива, а в двухтактном двигателе YAMAHA 40XWS - 2%). По этой причине они применяются только в переносном инструменте, где решающим фактором является удельная мощность.

Все известные двухтактные двигатели, нашедшие практическое применение, имеют нагнетатель воздуха, при этом в прямоточной схеме газораспределения имеется два продувочных окна или одно продувочное окно и выпускной клапан на крышке цилиндра, в петлевой схеме газораспределения имеются впускные и выпускные продувочные окна (Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - 4-е изд. - М.: Машиностроение, 1983, с. 50-77).

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором некоторого снижения расхода масла предлагается достичь с помощью маслосъемного поршневого кольца, не выходящего за пределы продувочных окон и отсоса собранного им масла в полость разряжения системы вентиляции картера. [Изобретение № SU 1346838, дата публикации 23.10.1987]. Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, у которого в положении поршня в нижней мертвой точке верхнее маслосъемное кольцо поршня расположено выше окон продувки, а в положении поршня в верхней мертвой точке нижнее маслосъемное кольцо расположено ниже окон продувки, при этом в поршне выполнены отверстия, соединяющие канавки верхнего и нижнего маслосъемных колец с подпоршневой полостью. [Патент на изобретение №2276738, дата публикации 20.05.2006]

Недостатком известных устройств является то, что при движении поршня компрессионные поршневые кольца пересекают продувочные окна и поэтому без добавления масла в горючее невозможно добиться удовлетворительной смазки цилиндра, удаление излишков масла с помощью маслосъемных колец и повторное его использование не может дать существенного эффекта, поэтому экологические характеристики и расход масла остаются на том же уровне, что и у широко применяемых двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Все имеющие практическое применение двухтактные двигатели внутреннего сгорания отличаются повышенным расходом масла и выбросом вредных веществ, но по сравнению с четырехтактными двигателями имеют большую удельную мощность.

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является двухтактный двигатель Лену ара (см. http://delay-auto.ru/ystroistvo_avtomobilya/1739-dvustoronniy-dvigatel-dvoynogo-deystviya.html), содержащий на крышке цилиндра впускной и выпускной клапаны и по экологичности приближающийся к четырехтактному двигателю. Принцип работы двигателя заключался в следующем. При прохождении поршнем половины хода от верхней мертвой точки, в освободившийся за поршнем объем цилиндра подавалась горючая воздушно-газовая смесь. Она находилась в цилиндре под атмосферным давлением, воспламенялась при помощи электрической искры, и вторую половину хода поршень проходил под воздействием усилия давления расширяющихся газов, что и обеспечивало полезную работу двигателя. При движении от нижней мертвой точки открывался выпускной клапан и обеспечивался выход отработавших газов. Двигатель не нашел применения из-за чрезвычайно низкого коэффициента полезного действия (КПД) - единица выработанной мощности при использовании двигателя Ленуара обходилась в 7 раз дороже, чем при применении парового двигателя.

Таким образом, в зависимости от конструкции, все известные двухтактные двигатели либо отличаются повышенным расходом масла и низкой экологичностью, либо низким КПД и низкой удельной мощностью.

Технической задачей, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение экологических характеристик аналогов, повышение КПД и удельной мощности прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении удельной мощности двигателя близкой к двухтактным, а экологичности и КПД к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в двухтактном двигателе, содержащем цилиндр, внутри которого расположен поршень, впускной и выпускной клапаны, установленные на крышке цилиндра, причем на впускном клапане установлена решетка, а нижний край решетки в открытом положении впускного клапана расположен выше нижнего края крышки цилиндра.

На поршне выполнены выступы, симметрично расположенные относительно оси поршня и соответствующие положению и размерам узлов клапанов.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими рисунками:

Фиг. 1 - вид двухтактного двигателя при расположении поршня в нижней мертвой точке (далее - НМТ).

Фиг. 2 - вид двухтактного двигателя при расположении поршня в верхней мертвой точке (далее - ВМТ).

Фиг. 3 - вид узла впускного клапана с решеткой.

Двухтактный двигатель (фиг. 1 и фиг. 2) содержит цилиндр 1, внутри которого расположен поршень 2 с маслосъемным кольцом 3 и компрессионными кольцами 4, впускной клапан 5 и выпускной клапан 6, форсунка 7, на поршне могут быть выступы 8, узел впускного клапана (фиг. 3) содержит втулку 9, а на самом клапане имеется решетка 10.

Принцип действия заявляемого изобретения заключается в следующем.

Первый такт работы двигателя показан на фиг. 1.

Под действием давления газов поршень 2 движется вниз от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход и производя при этом полезную работу. В это время клапаны 5 и 6 закрыты.

Второй такт работы двигателя показан на фиг. 2.

При подходе поршня 2 к НМТ, выпускной клапан 6 открывается, давление воздуха в цилиндре 1 падает почти до атмосферного и открывается впускной клапан 5, цилиндр 1 заполняется свежим воздухом, отработанные газы удаляются поднимаемым от поршня свежим воздухом через выпускной клапан 6. Выпускной клапан 6 закрывается и давление воздуха в цилиндре 1 повышается до давления на выходе нагнетателя воздуха, затем впускной клапан 5 закрывается. Поршень 2 за счет кинетической энергии маховика движется к ВМТ, происходит сжатие воздуха. В конце сжатия, в положении поршня 2 в районе ВМТ в цилиндр 1 с помощью форсунки 7 впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется и сгорает.

После этого цикл повторяется.

Установленная на впускном клапане решетка позволяет повысить эффективность газообмена, а выступы на поршне позволяют обеспечить требуемую степень сжатия.

В предлагаемом устройстве в качестве топлива могут использоваться бензин или газ, но тогда на крышке цилиндра должна быть дополнительно установлена свеча зажигания, либо форсунка для впрыскивания дизельного топлива для возгорания горючей смеси воздуха и бензина (газа).

Расположение нижнего края решетки впускного клапана в открытом положении выше нижнего края крышки цилиндра обеспечивает необходимую скорость и направление струи продувочного воздуха в сторону поршня, а не в сторону выпускного клапана, что позволяет вытеснить отработанные газы через выпускной клапан, тем самым исключается необходимость добавления масла в топливо, и, как следствие, снижается его расход и улучшаются экологические характеристики двигателя. Количество впускных и выпускных клапанов может быть более двух, а решетка закреплена неподвижно во втулке 9.

Использование заявляемого изобретения позволяет снизить расход масла до 10 раз в сравнении с известными двухтактными двигателями, что обеспечивает решение проблемы по улучшению экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, предлагаемый двухтактный двигатель в отличие от аналогов сохраняет преимущества двухтактного и четырехтактного двигателей (соответственно - высокую удельную мощность и экологичность).

Симметричное расположение выступов на поршне не дает перекоса поршня, который мог бы приводить к неравномерному износу поршневых колец и увеличению газодинамических потерь.

1. Двухтактный двигатель, содержащий цилиндр, внутри которого расположен поршень, впускной и выпускной клапаны, установленные на крышке цилиндра, отличающийся тем, что на впускном клапане установлена решетка, а нижний край решетки в открытом положении впускного клапана расположен выше нижнего края крышки цилиндра.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на поршне выполнены симметрично расположенные относительно оси поршня выступы, по положению и размерам соответствующие положению и размерам узлов клапанов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является увеличение мощности на единицу массы двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания и их конструкциям. .

Изобретение может быть использовано при регулировании двигателей внутреннего сгорания, преимущественно двухтактных. Способ регулирования двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что после выпуска продуктов сгорания из рабочего цилиндра (1) через выпускной орган газораспределения в выпускной коллектор (9) уменьшают площадь проходного сечения выпускного коллектора (9) золотниковым органом (10), повышая таким образом давление на участке коллектора (9) между цилиндром (1) и золотниковым органом (10), и препятствуют повышенным давлением в указанном участке коллектора (9) выходу из цилиндра (1) заряда.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель содержит картер (11), цилиндр (18) двигателя, форсунку (58), поршень (20) двигателя, перемещающийся внутри цилиндра (18), коленчатый вал (14), опирающийся в картере (11) на подшипники и включающий в себя, по меньшей мере, одну шатунную шейку (83), первый шатун (15), шарнирно соединенный с поршнем (20) двигателя и шатунной шейкой (83) коленчатого вала (14), нагнетатель (9) воздуха, главный канал (32), соединенный с нагнетателем (9) воздуха и сообщающийся с цилиндром (18) двигателя посредством множества продувочных каналов (28), открывающихся в цилиндр через продувочные окна, размещенные непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке, и выпускной канал (33), открывающийся в цилиндр (18) посредством выпускного окна, размещенного непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке.

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

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

Изобретение относится к двигателестроению и касается двигателя внутреннего сгорания и компрессорным впрыском топливно-воздушной смеси и автоматическим клапаном отсечки, седло которого образовано верхним торцом гильзы цилиндра компрессора.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям с кривошипно-камерной продувкой. .

Изобретение относится к агрегатам наддува двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД и мощности двухтактных двигателей.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с разветвленной выпускной системой, содержащих системы рециркуляции отработавших газов. Способ для двигателя заключается в том, что согласованно регулируют фазы газораспределения впускных клапанов (2), (4), фазы газораспределения группы выпускных клапанов (6) и положение клапана (54) рециркуляции отработавших газов (РОГ) в магистрали (50) рециркуляции отработавших газов в соответствии с состоянием в компрессоре (162).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, оборудованных системами рециркуляции отработавших газов. Способ для двигателя заключается в том, что регулируют фазы газораспределения первой группы выпускных клапанов (6) цилиндров для регулирования потока отработавших газов из цилиндров двигателя в область в заборном канале (28) выше по потоку от компрессора (162) по магистрали (50) рециркуляции отработавших газов (РОГ).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с системами рециркуляции отработавших газов (РОГ). Способ эксплуатации двигателя (10) заключается в том, что направляют продувочный воздух повышенного давления из множества впускных клапанов (2), (4) во второй выпускной коллектор (80), соединенный с заборным каналом (28), через вторую группу выпускных клапанов (6).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, содержащих систему рециркуляции отработавших газов. Эксплуатируют первую группу выпускных клапанов (8), соединенную с первым выпускным коллектором (84), с фазами газораспределения, отличными от фаз газораспределения второй группы выпускных клапанов (6), соединенной со вторым выпускным коллектором (80).

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в снижении расхода масла и улучшении экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Группа изобретений может быть использована в двигателях внутреннего сгорания. Способ наддува в цилиндр двигателя внутреннего сгорания (ДВС) характеризуется тем, что во время хода сжатия горючей смеси в цилиндре ДВС в подпоршневое пространство через воздухопровод засасывают атмосферный воздух, выход которого обратно автоматически перекрывают в начале рабочего хода.

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 поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных и стационарных устройств. Технический результат заключается в снижении расхода масла и улучшении экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, внутри которого расположены поршень, на крышке цилиндра установлены впускной и выпускной клапаны. На впускном клапане установлена решетка, расположенная выше нижнего края крышки цилиндра в открытом положении, за счет этого обеспечивается необходимая скорость и направление потока продувочного воздуха из впускного клапана в сторону поршня. Затем этот поток рассеивается и вытесняет отработанные газы из цилиндра, заменяя его свежим воздухом. На поршне могут быть выполнены выступы, соответствующие положению и размерам узлов клапанов. Двигатель сохраняет преимущества двухтактного и четырехтактного двигателей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх