Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

307587

Союз Советски

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

Заявлено 15.VI II.1969 (№ 1357117/24-6) МПК F 02Ú 25/00

Приоритет 03.1.1969, № 422/69, Великобритания

Опубликовано 21.Ч1,1971. Бюллетень № 20

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

CAP

УДК 621.432.4(088.8) Дата опубликования описания 09.IX.1971

Автор изобретения и заявитель

Иностранец

Бернард Хупер (Великобритания) ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области машиностроения.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, содержащие ступенчатый цилиндр, больший диаметр которого образует компрессорную камеру, а меньший — рабочую камеру, и- еющую выпускной канал, размещенный в цилиндре поршень, кинематически связанный с коленчатым валом, и промежуточную камеру, подключенную к рабочей камере при помощи по меньшей мере одного перепускного канала и изолированную от картера двигателя.

Предложенный двигатель отличается от известных тем, что на поршне выполнены соответственно числу перепускных каналов проточки, соединяющие на части хода поршня через перепускные каналы промежуточную камеру с компрессорной камерой цилиндра, а суммарный объем промежуточной камеры и перепускных каналов больше объема компрессорной камеры в пределах от 3 до 12 раз.

Такое выполнение двигателя позволяет повысить наполнение цилиндра и улучшить смазку.

Двигатель может быть выполнен многоцилиндровым, а каждый цилиндр снабжен промежуточной камерой, дополнительно подключенной к компрессорной камере по меньшей мере смежного цилиндра.

Каждая промежуточная камера снабжена подвижной перегородкой, выполненной в виде эластичной мембраны и установленной между полостями картера и промежуточной камеры, 5 а минимальный объем последней и канала в

3 — 12 раз больше объема компрессорной камеры.

Перегородка снабжена пружиной, имеющей усилие меньше максимального давления и

1р больше минимального давления в промежуточной камере.

Картер подключен к источнику сжатого воздуха с давлением меньше максимального и больше минимального давления в промежу15 точной камере.

С целью обеспечения прямоточной продувки выпускной канал выполнен в головке цилиндра и снабжен клапаном, имеющим привод от вала двигателя.

2р На фиг. 1 изображен описываемый двигатель (поршень в верхней мертвой точке), разрез; на фиг. 2 — то же, поршень около нижней мертвой точки; на фиг. 3 — то же, поршень в нижней мертвой точке; на фиг. 4—

25 то же, поршень около верхней мертвой точки; на фиг. 5 — другой вариант выполнения двигателя; на фиг. 6 — график зависимости эффективной мощности двигателя от соотношения объемов промежуточной и компрессор3р ной камер; на фиг. 7 — график давления в

307587 промежуточной камере по углу поворота коленчатого вала: на фиг. 8 — третий вариант выполнения двигателя (поршень в верхней мертвой точке); на фиг. 9 — то же, поршень в нижней мертвой точке; на фиг. 10 — промежуточная камера; на фиг. 11 — то же, другой вариант выполнения.

Двигатель (см. фиг. 1) имеет картер 1 со ступенчатым цилиндром, больший диаметр которого образует компрессорную камеру 2, а меньший — рабочую камеру 8. Поршень 4 цилиндра выполнен также ступенчатым и имеет рабочую 5 и компрессорную 6 ступени.

Поршень при помощи поршневого пальца (на чертеже не показан) и шатуна 7 кинематически связан с коленчатым валом 8. Камера сгорания 9 выполнена в головке 10 цилиндра, в которой установлена свеча зажигания 11.

Выхлопной канал 12 находится в стенке рабочей камеры 8, а впускной канал 18 — в стенке компрессорного цилиндра. Во впускном канале установлен обратный клапан, образованный двумя пластинами 14, прижатыми к центральному стержню 15. Пластины закреплены на стенках впускного канала, соединенного при помощи впускного трубопровода с карбюратором (на чертеже не показан).

Рабочая ступень 5 поршня снабжена уплогнительными кольцами 16, а компрессорная ступень 6 — кольцами 17. В картере двигателя выполнена промежуточная камера 18, соединенная при помощи перепускного канала 19 (или каналов) со впускным окном 20, выполненным в стенке рабочей камеры 8 цилиндра. Промежуточная камера может быть разделена на несколько полостей, каждая из которых соединяется при помощи перепускного канала с рабочей камерой цилиндра. Соответственно числу перепускных каналов на поршне выполнены проточки 21. Нижние части проточек образованы на компрессорной ступени 6 поршня, а верхние — на рабочей ступени 5.

Двигатель работает следующим образом.

Поршень 4 (см. фиг. 1) находится в верхней мертвой точке, когда в камере сгорания

9 горючая смесь уже воспламенилась, а промежуточная камера 18 заполнена свежей смесью, имеющей заданное давление. При движении поршня вниз от верхней мертвой точки (см. фиг. 2) образовавшиеся в рабочей камере газы расширяются, совершая работу, и при открытии поршнем выпускного канала 12 выходят через него в атмосферу.

Одновременно в компрессорную камеру 2 засасывается свежая смесь, которая преодолевает упругость пластин 14 и перемещает их в положение открытия. При достижении поршнем нижней мертвой точки после выпускного канала 12 открывается перепускной канал 19 (см. фиг. 3), и свежая смесь поступает из промежуточной камеры 18 в рабочую камеру 8 цилиндра, обеспечивая ее продувку и наполнение. Возможно выполнение двух перепускных каналов 19 для обеспечения лучшей

65 очистки рабочей камеры от отработавших газов.

Когда поршень перемещается обратно к верхней мертвой точке, то вследствие повышения давления в компрессорной камере 2 обратный клапан закрывается, и пластины 14 прижимаются к центральному стержню 15, в результате чего в рабочей 8 и компрессорной

2 камерах происходит сжатие. Перед верхней мертвой точкой, когда поршень 4 достигает положения, изображенного на фиг. 4, проточки

21 соединяются с перепускными каналами 19.

В это время свежая смесь из компрессорной камеры 2 нагнетается в промежуточную камеру 18, а в рабочей камере продолжается сжатие. Около верхней мертвой точки поршня происходит воспламенение в рабочей камере

8, и цикл повторяется.

Следовательно, в течение каждого цикла в компрессорной камере свежая смесь засасывается, сжимается и нагнетается в промежуточную камеру, а в рабочей камере происходят продувка, сжатие и сгорание смеси, а затем расширение и выхлоп отработавших газов.

Чтобы облегчить запуск двигателя и повысить его мощность, суммарный объем промежуточной камеры 18 и перепускных каналов

19 должен превышать объем компрессорной камеры в пределах от 3 до 12 раз, так как часть свежей смеси в начале хода поршня вниз из промежуточной камеры нагнетается обратно в компрессорную до момента перекрытия поршнем впускных окон 20. Если объем камеры 18 мал, то при положении поршня в верхней мертвой точке в ней будет высокое давление и в связи с этим значительные потери на перетекание. Если объем камеры 18 больше чем в 12 раз объема компрессорной камеры, то пуск двигателя затрудняется.

График зависимости эффективной мощности двигателя от соотношения объемов промежуточной и компрессорной камер (см. фиг. б) показывает, что кривая 22 мощности имеет оптимальные значения в пределах 3 — 12.

Диапазон 23 кривой 22 — зона малого давления наддува и плохого запуска двигателя, диапазон 24 — зона неустойчивой работы двигателя вследствие воспламенения смеси в промежуточной камере 18. Для бензиновых двигателей с искровым зажиганием наивыгоднейший диапазон работы находится между прямыми 25 и 26, т. е. в области 4 — б-кратного отношения. При повышении кратности отношения возникает опасность воспламенения смеси в промежуточной камере.

График давления смеси в промежуточной камере 18 в зависимости от угла поворота коленчатого вала (см. фиг. 7) позволяет обеспечить настройку впускной системы на резонансный наддув. Кривая 27 давления имеет максимальное значение на участке 28 и минимальное на участке 29. Максимум образуется при нагнетании смеси в промежуточную,ка307587 меру 18, а минумум — при перепуске. 1Iepeпад давления (стрелка 80) является максимальным при максимальной подаче топлива в двигатель, так как чем больше давление в промежуточной камере 18, тем больше смеси в нее поступает, и чем меньше в ней давление, тем меньше смеси остается. Поэтому наивыгоднейшей кривой давления смеси в промежуточной камере является кривая 81 с максимальным значением на участке 32 и минимальным на участке 33. Кривая 81 получается у обычных двигателей при 0,5 — 0,9 оборотов номинальной мощности, а у спортивных двигателей при 0,7 — 1,1 оборотов номинальной мощности.

Двигатель может быть выполнен многоцилиндровым, причем каждый цилиндр работает аналогично QIIHcBHHQMv и снабжен своей промежуточной камерой. Однако возможно такое выполнение многоцилиндрового двигателя, когда на несколько цилиндров имеется одна общая промежуточная камера. И в том и в дрязгом случае счммарньтй объем промежуточной камеры и перепускных каналов должен превышать объем одной компрессорной камеры цилиндров в пределах от 3 до 12 раз.

Двигатель (см. фиг. 5) имеет газораспределительные впускной 84 и выпускной 35 клапаны, приводимые от коленчатого вала при помощи распределительных валиков, и две промежуточные камеры 86 и 87. Двигатель работает аналогично работе двигателя на фиг. 1, только прод вка рабочей камеры 8 является прямоточной, а управление клапанов — механическим.

В двигателе (см. фиг. 8 и 9) одна стенка промежуточной камеры 18 выполнена подвижной в виде эластичной мембраны 38, зажатой между кольцом 89 и фланцем 40 компрессорной кя тертт 2. а другая стеттка образована крышкой 4!. На фиг. 8 промеж точная камера 18»а фиг. 9 — минимальный.

При работе двигателя максимальный объем промежуточной камеры образуется, когда в нее из компрессорной камеры 2 нагнетается смесь. В это время поршень 4 находится в верхней мертвой точке и в картере 1 давление газов мало, а в промежуточной камере давление больше, чем давление в картере.

После воспламенения смеси поршень движется вниз, и при приближении к нижней мертвой точке (см. фиг. 9) происходит продувка рабочей камеры 8, Так как в это время давление смеси в промежуточной камере понижается, а давление газов в картере повышается, то объем промежуточной камеры И становится минимальным вследствие перемещения мембраны 88. Такое выполнение промежуточной камеры уменьшает потери на продувку. При этом минимальный суммарный ооъем промежуточной камеры 18 и перепускного канала 19 должен превышать объем компрессорной камеры 2 в пределах от 3 до 12 раз.

Однако с изменением оборотов двигателя из5

65 менение объема промежуточной камеры происходит в меньших пределах, а в картере устанавливается среднее да ление на всем ходе поршня. В это время амплитуда колебаний мембраны 88 меньше, чем показано на фиг. 8 и 9.

При необходимости на мембрану можно воздействовать постоянным усилием, например пружиной или сжатым воздухом (см. фиг. 10 и 11). На фиг. 10 мембрана 88 нагружена пружиной 42, а на фиг. 11 мембрана вместе с картером образует камеру 43, соединенную при помощи трубки 44 с компрессорной камерой 2 цилиндра. В трубке 44 может быть установлен обоатный клапан. а камера

43 — иметь также редукционный клапан. При этом давление в камере 43 и усилие пружины 42 должны быть меньше максимального и больше минимального давления в прохтеж точной камере 18. Если для перемещения мембраны 88 используется давление в картере, то картер делится перегородками в соответствии с числом цилиндров. Так как картер изолирован от впускной системы, то система смазки выполняется как в обычном четырехтактном двигателе. Возможно выполнение двигателя как с искровым зажиганием. так и с самовоспламенением топлива, я также с компрессорной камерой большего объема, чем рабочая камера.

Поедмет изобретения

1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий ступенчатый цилттндо, больший диаметр которого образует компрессорную камеру, а меньший — рабочую камеру, имеющую выпускной канал, размещенный в цилиндре поршень, кинематически связанный с коленчатым валом, и промежуточную камеру, подключенную к рабочей камере при помощи по меньшей мере одного перепускного канала и изолированную от картера двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения наполнения цилиндра и улучшения смазки двигателя, на поршне выполнены соответственно числу перепускных каналов проточки, соединяющие на части хода поршня через перепускные каналы промежуточную камеру с компрессорной камерой цилиндра, а суммарный объем промежуточной камерь; и перец скных каналов больше объема компрессорной камеры в пределах от 3 до 12 раз.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен многоцилиндровым, а каждый цилиндр снабжен промежуточной камерой, дополнительно подключенной к компрессорной камере по меньшей мере смежного цилиндра.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая промежуточная камера снабжена подвижной перегородкой, а минимальный объем камеры и канала в 3 — 12 раз больше объема компрессорной камеры.

307587

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде эластичной мембраны.

5, Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что перегородка установлена между полостями картера и промежуточной камеры.

6. Двигатель по пп. 3 — 5, отличающийся тем, что перегородка снабжена пружиной, имеющей усилие меньше максимального давления и больше минимального давления в промежуточной камере, 7. Двигатель по пп. 5 и б, отличающийся тем, что картер подключен к источнику сжатого воздуха с давлением меньше максимального и больше минимального давления в про5 межуточной камере.

8. Двигатель по пп. 1 — 7, отличающийся тем, что, с целью обеспечения прямоточной продувки, выпускной канал выполнен в головке цилиндра и снабжен клапаном, имею10 щим привод от вала двигателя.

307587

/В

Фиг 1/

Фиг lд

Составитель Л. Синай

Техред Л. Я. Левина Корректор T. А. Китаева

Редактор А. Ю. Пейсоченко

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2341/5 Изд. № 881 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5