двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускными и выпускными окнами и двумя поршнями, размещенными в нем с возможностью противоположного движения и кинематически связанными с коленчатым валом, и перепускной канал с входом, соединенным с выпускными окнами и через клапаны с выпускным патрубком и выходом, отличающийся тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей, поршни снабжены подпоршневыми полостями, сообщенными через дополнительные клапаны с выходом перепускного канала, а последний выполнен в виде дополнительного цилиндра с осью, расположенной под углом к оси цилиндра, соосно с выпускным окном, с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения дополнительным поршнем, снабженным осевым глухим отверстием, сопряженным с направляющим стержнем, установленным в дополнительном цилиндре со стороны выхода перепускного канала, и снабженным осевым отверстием, связанным с подпоршневыми полостями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, конкретнее к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускными окнами, соединенными впускным патрубком с источником наддува воздуха, и выпускными окнами, соединенными с входом перепускного канала и через клапаны с выпускным патрубком, поршни, размещенные в цилиндре с возможностью взаимно противоположного движения. Выход перепускного канала отделен от входа качающимся поршнем (лопастью) и соединен с впускными окнами. Устройство обеспечивает использование энергии выхлопа для наддува и продувки двигателя.

Недостатками указанного двигателя является неполное использование энергии выпускных газов и недостаточная его уравновешенность.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение технико-экономических показателей двигателя путем дополнительной утилизации энергии выпускных газов в подпоршневых полостях, расположения перепускных каналов под прямым углом к оси основного цилиндра, исполнения их в виде цилиндров с поршнями и входом, размещенными соосно выпускному окну.

На фиг. 1 изображен двигатель в осевом разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с поршнями 2,3, штоками 4, впускными окнами 5, рессивером 6, впускным патрубком 7, топливной форсункой 8, окнами 9, коллектором 10, выпускными отверстиями 11, к которому под углом, близким к 90^о, присоединены два дополнительных цилиндра 12, 13, в каждом из которых размещены дополнительные поршни 14, имеющие с тыльной стороны направляющие втулки 15 с глухими отверстиями, с которыми подвижно сопряжены стержни 16, закрепленные винтами 17 в корпусах дополнительных цилиндров. Оси дополнительных цилиндров расположены соосно выпускным отверстиям, т. е. последние находятся напротив центральной части дополнительных поршней, входные полости 18 через клапаны 19 соединены с выпускными патрубками 20, выходные полости 21 через перепускные клапаны 22 сообщены с полостями 23, которые каналами 24, 25 соединены с подпоршневыми полостями 26, 27. Направляющие стержни 16 имеют осевые каналы 28 и радиальные отверстия 29, посредством которых полости глухих отверстий во втулках 15 сообщены с подпоршневыми полостями. Полости 23 сообщены через обратные клапаны и газовый редуктор с бортовой пневматической системой. Клапаны 19, 22 могут быть снабжены приводом различной конструкции, например от кулачкового вала, закрытие клапанов может осуществляться поршнями 14, открытие - пружинами.

Поршни 14 исполняются в виде легких дисков с сотовым заполнителем, по меньшей мере один из торцов каждого поршня имеет накладку из жаропрочного материала. Штоки 4 соединены с механизмом преобразования поступательного движения во вращательное движение силового вала; механизм может иметь различные варианты исполнения (например, с косым кривошипом).

Действует двигатель следующим образом. После сжатия воздушного заряда в рабочей камере рабочего цилиндра 1 через форсунку 8 осуществляется впрыск топлива, воспламенение смеси, расширение продуктов сгорания и рабочий ход поршней, при этом ход поршня 3 опережает по фазе ход поршня 2 примерно на 10. . . 20^о. В конце процесса расширения поршень 3 открывает окна 9, продукты сгорания под значительным давлением порядка 10 бар заполняют коллектор 10 и через выпускное отверстие 11 проникают в полость 18, объем которой в этот момент минимален, клапаны 19 закрыты, поршни 14 находятся в крайнем положении вблизи отверстий 11, клапаны 22 открыты, а в полостях 21, 23, 26, 27 газовым редуктором от бортовой пневмосистемы поддерживается давление примерно 3 бар. Под действием сил давления выпускных газов поршень с большим ускорением движется к перепускным клапанам 22 и сжимает воздух в полостях 21, 23, 26, 27. После выравнивания давлений по обе стороны поршня ход поршня осуществляется по инерции, ускорение сменяется торможением, воздух в полости 21 сжимается до давления примерно 11 бар и вытесняется в полость 23, после чего клапаны 22 закрываются, клапаны 19 открываются и через окна 5,9 сжатым воздухом от турбокомпрессора продувается рабочая камера цилиндра 1.

При обратном ходе поршней 2,3 воздух в полостях 23, 26, 27 расширяется (степень расширения порядка 3) и совершает полезную работу. Вблизи ВМТ открываются клапаны 22, дополнительные поршни 14 перемещаются в направлении к клапанам 19 и вытесняют продукты сгорания с избытком продувочного воздуха через клапаны 19 и выпускной патрубок 20 в турбину агрегата наддува, а затем клапаны 10 закрываются и цикл повторяется.

При движении поршней 14 втулки 15 свободно с минимальным зазором и качественной смазкой скользят по направляющим стержням 16, воздух из канала 28 через отверстия 29 вытесняется в полость 23.

Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена следующими факторами:

благодаря относительно малому диаметру направляющего стержня 16 в его сопряжении с втулкой 15 реализуются минимальные зазоры, обеспечивается точное центрирование дополнительного поршня и минимальные зазоры в сопряжении поршень-цилиндр, что обеспечивает работоспособность и эффективность в этом сопряжении бесконтактных лабиринтных уплотнений с минимальными потерями на трение и износ, следовательно, с высокими КПД, надежностью и большим ресурсом;

отсутствие в сопряжении стержень-втулка благодаря глухому исполнению отверстия в последней уплотнений и продуктов сгорания обеспечивает качественные условия смазки, устраняет явления нагара, смолообразования, закоксовывания подвижного сопряжения;

соосность выпускного отверстия 11 и поршня 14 обеспечивает осесимметричное давление газов на поршень, устраняет неуравновешенные изгибающие моменты на поршне и нагрузки в сопряжении стержень-втулка, позволяет минимизировать массу дополнительного поршня, его инерционность, следовательно, повысить быстроходность двигателя и удельную мощность.