Двотактний двигун внутрішнього згоряння

1. Двухтактный двигатель вн утреннего сгора ния, содержащий цилиндр с пор шнем, имеющим отверстие, в котором размещен вп ускной клапан для вп уска топливовоздушной смеси из вп ускного коллектора в камеру всасы вания, которая распо ложена под поршнем, изолирована от криво шип н ой камер ы и сообщен а с р асп оложе нной над поршнем камерой сгорания посредством пере пускного коллектора, на входе которого размещен вп ускной клапан для подачи топ ливо воздушной смеси из камеры всасывания в камеру сгорания, окно выпуска о тработавши х газов из камеры сго рания, расположенное на стенке цилиндра, допол нительный поршень, размещенный в цилиндре между криво шипной камерой и осно вным порш нем и жестко связанный с осно вным пор шнем , втор ую камеру всасывания, размещенную между первой камерой всасы вания и дополнительным поршнем, изолированную о т первой камеры вса сывания посредством перегородки и сообщенную с впускным коллектором посредством клапана, ус тановленного в отверстии на входе во втор ую ка меру всасывания и обращенного вхо дом к вп уск ному коллектор у, о тлича ющийся тем, что вторая камера всасывания сообщена с перепускным кол лектором посредством клапана, обращенного вхо дом ко второй камере всасывания, а в переп уск ном коллекторе у входа в камер у сгорания уста новлен пневматический клапан, обращенный вхо дам к первой к второй камерам всасывания. 2 Двухтак тный двига те ль по п 1, отлича ющийся тем, что перепускной коллектор выполнен в виде канала в стенке цилиндра и в головке цилиндра, один конец которого сообщен с камерой сгорания через отверстие, выполненное в головке цилиндра, а др угой конец - с первой и второй камерами всасывания, 3. Двухтактный двигатель по п.1, отличающийся тем, что перепускной коллектор выполнен в виде трубопровода, один конец которого сообщен с ка мерой сгорания через отверстие, выполненное в головке цилиндра, а др угой конец - с первой и второй камерами всасывания 4. Двухтак тный дви га тель по пп 2 и ли 3 , отл и чающийся тем, что переп ускной коллектор снаб жен средством для охлаждения, 5. Двухта к тный дви га те ль п о пп. 2 или 3 , отл и чающийся тем, что переп ускной коллектор снаб жен средством для подогрева. 6. Двухтак тны й дви га тель по ип . 2 ,3, отлича ю щийся тем, что содержит предохранительный кла пан, размещенный на перепускном коллекторе 7. Двухтактный двига тель по п.1 , отличающийся тем, что основной и дополнительный поршни же стко связаны между собой посредством штока, и перепускной коллектор содержит каналы, выпол не нные в штоке и в те ле осно вно го и допо лни тельного поршней и сообщающиеся между собой, при этом клапан на выходе из первой камеры вса сывания установлен в канале, выполненном в те ле основного поршня, клапан на выходе из второй камеры всасывания установлен в канале, выпол ненном в теле дополнительного поршня, а клапан, установленный в перепускном коллекторе на вхо де в камеру сгорания, размещен в теле основного поршня 8. Двухта к тн ый дви га те ль по пп . 1-7 , о тличаю щийся тем, что клапаны, установленные на входе и вы ходе первой и второй камер всасывания, вы полнены в виде съемного блока, расположенного на наружной стенке цилиндра, 9. Двухтак тны й дви га тель по пл . 1 -8, отл ича ю щийся тем, что в головке цилиндра установлена свеч.з зажигания. 10. Двухтактный двигатель по пп. 1-8, отличающий ся тем, что содержит форсунк у для впрыскивания топлива, установленную в головке цилиндра. 11. Двухтактный двига тель по п. 9, отл ичающий ся тем, что содержит форсунк у для впрыскивания топлива, установленн ую в перепускном коллекто ре. 1? Двухтактный дви гатель по пп, 1-11, отл ичающийся тем, что вп ускной коллектор содержит два канала, один из которых сообщен с первой камерой всасывания посредством указанного клапана, установленного в перегородке на входе в первую камеру всасывания, а другой канал сообщен с второй камерой всасывания посредством указанного клапана, установленного в перегородке на входе во втор ую камеру всасывания. О со со ю сч 27533 13 Двухтактный двига тель по пп. 1-12, отличающийся тем, что перепускной коллектор содержит два канала, один из которых сообщен с первой кзмерой всасывания посредством клапана, установленного на выходе из первой камеры всасывания, и с камерой сгорания посредством клапана, установленного на входе в камеру сгорания, а др угой канал сообщен со второй камерой всасывания посредством клапана, установленного на вмходе из второй камеры всасывания, при этом имеется дополнительный клапан, установленный на входе в камеру сюрания. посредством которого второй канал перепускного коллектора сообщен с камерой сгорания Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более точно - к двухтактному двигателю внутреннего сгорания. Изобретение может быть использовано в качестве двигателя для летательных аппаратов, для автомобилей, мотоциклов, в сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судовы х двигателях Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с поршнем, имеющий отверстие, в котором размещен впускной клапан для впуска топливовоздушнои смеси из впускного коллектора в камеру всасывания, которая расположена под поршнем, изолирована от кривошипной камеры и сообщена с расположенной над поршнем камерой сгорания посредством перепускного коллектора, на входе которого размещен впускной клапан для подачи топливовоздушнои смеси из камеры всасывания в камеру сгорания, и окно выпуска отработавших газов из камеры сгорания, расположенное на стенке цилиндра [1] В указанном двигателе перепускной коллектор имеет расширение, которое образует камеру высокого давления,-которая периодически подсоединяется через обратный клапан и перепускные окна к камерам всасывания и сгорания А в поршне выполнен канал для периодического соединения камеры сгорания через окно с камерой высокого давления Кроме того, в поршне выполнен второй канал для соединения камеры сгорания с выпускным отверстием Когда поршень движется вниз, топливная, смесь в камере всасывания сжимается и принудительно подается в камеру сгорания В нижней мер твой точк е окно вып уска в боко во й стенке . цилиндра открывается и отработавшие газы над поршнем вы ходят из камеры сгорания На ходе ввер х пор шень сжимает оставшиеся газы и втягивае т свежую смесь в камеру всасывания В вер хней мертвой точке канал в поршне соединяется с камерой высокого да вления и сжатая горячая смесь подается через это т канал в камеру сгорания. И в это т момент происходи т зажигание свечи. В камере высокого давления топливная смесь сжимается и выпускается в камеру сгорания в момент зажигания в положении поршня в верхней мертвой точке Указанный двигатель обладает низким КПД, поскольку количество топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания, очень мало. Этот двигатель внутреннего сгорания имеет малую удельную мощность Система смазки выполнена традиционным образом, что усложняет его обслуживание и уменьшает долговечность. Вы хлопные газы со держат большой процент частично сгоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на его экологических характеристиках. . В основу настоящего изобретения поставлена задача создания двухтактного двигателя внутреннего сгорания, в котором изменение конструкции камеры всасывания позволило бы увеличить общий объем топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания, не изменив ее объема, увеличить удельную мощность двигателя и улучшить систему смазки, что в свою очередь способствует повышению долговечности двигателя, улучшению его экологических характеристик и упрощению обслуживания. Поставленная задача ре шается тем, что двухтактный двигатель вн утреннего сгорания, содержащий цилиндр с поршнем, имеющий о тверстие, в котором размещен впускной клапан для впуска топливовоздушнои смеси из впускного коллектора в камеру всасывания, которая расположена под поршнем, изолирована от кривошипной камеры и сообщена с расположенной над поршнем камерой сгорания посредством перепускного коллектора, на вхо де которого размещен впускной клапан для подачи топливовоздушнои смеси из камеры всасывания в камеру сгорания, и окно выпуска отработавши х газов из камеры сгорания, расположенное на стенке цилиндра, согласно изобретению, содержит дополнительный поршень, размещенный в цилиндре между кривошипной камерой и основным поршнем и жестко связанный с основным поршнем, втор ую камеру всасывания, размещенную между первой камерой всасывания и дополнительным поршнем, изолированную от первой камеры всасывания посредством перегородки и сообщенн ую с впускным коллектором посредством клапана, установленного в отверстии в перегородке на входе во втор ую камеру всасывания и обращенного входом к впускному коллектору, и с перепускным коллектором посредством кпапаиа, установленного в отверстии в перегородке на выходе из второй камеры всасывания и обращенного входом ко второй камере всасывания, и клапан, установленный в перепускном коллекторе у входа в камеру сгорания и обращенный входом к первой и второй камере всасывания Целесообразно, чтобы перепускной коллектор был выполнен в виде канала в стенке цилиндра и в головке цилиндра, один конец которого был бы сообщен с камерой сгорания через отверстие, выполненное в головке цилиндра, а другой конец - с первой и второй камерами всзсывания Полезно, чтобы перепускной коллектор был выполнен в виде тр убопровода, один конец кото 27533 рого был бы сообщен с камерой сгорания #ерез отверстие, выполненное в головке цилиндра, а другой конец - с первой и второй камерами всасывания. Выгодно, чтобы перепускной коллектор был снабжен средством для охлаждения. Полезно, чтобы перепускной коллектор был снабжен средством для подогрева. Выгодно, чтобы дви гатель содержал предохранительный клапан, размещенный на перепускном коллекторе. Целесообразно, чтобы основной и дополнительный поршни были жестко связаны между собой посредством штока, и перепускной коллектор содержал каналы, выполненные в штоке и в теле основного и дополнительного поршней и сообщающиеся между собой, при этом клапан на выходе из первой камеры всасывания был бы установлен в канале, выполненном в теле основно го поршня, клапан на выходе из второй камеры всасывания был бы установлен в канале, выполненном в теле дополнительного поршня, а клапан, установленный в перепускном коллекторе на входе в камеру сгорания, был размещен в теле основного поршня. Полезно, чтобы клапаны, установленные на входе и вы ходе первой и второй камер всасывания, были выполнены а виде съемного блока, расположенного на наружной стенке цилиндра. Выгодно, чтобы в голо вке цилиндра была установлена свеча зажигания. Полезно, чтобы дви гатель содержал форсунку для впрыскивания топлива, установленную в головке цилиндра. Полезно также, чтобы двига тель содержал форсунку для впрыскивания топлива, установленную в перепускном коллекторе. Целесообразно, чтобы вп ускной коллектор содержал два канала, один из которых был бы сообщен с первой камерой всасывания посредством указанного клапана, установленного в перегородке на входе в первую камеру всасы вания, а другой канал был бы сообщен со второй камерой всасывания посредством указанного клапана, установленного в перегородке на входе во втор ую камеру всасывания. Выгодно, чтобы перепускной коллектор содержал два канала, один из которых был бы сообщен с первой камерой всасывания посредством указанного клапана, устано вленного в перегород ке на выходе из первой камеры всасывания, и с камерой сгорания посредством указанного клапана, установленного на входе в камеру сгорания, а другой канал был бы сообщен со второй камерой всасывания посредством указанного клапана, установленного в перегородке на выходе из второй камеры всасывания, при этом имелся дополнительный клапан, установленный на входе в камеру сгорания, посредством которого второй канал перепускного коллектора был бы сообщен с камерой сгорания. В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его воплощения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1 изображает схематично двухтактный двигатель внутреннего сгорания /продольный разрез/, согласно изобретению; фиг. 2 изображает то же, что на фиг. 1, но с перепускным коллектором в виде тр убопровода /продольный разрез/, согласно изобретению; фиг. 3 изображает схематично перепускной коллектор двухтактного двигателя, снабженный средством для подогрева /продольный разрез/, согласно изобретению; фиг. 4 изображает то же, что на фиг. 1, но с каналами, выполненными в штоке и в поршня х для установки клапанов, согласно изобретению; фи г. 5 изображает схематично расположение клапанов в съемном блоке /продольный разрез/, согласно изобретению; фиг. б изображает то же, что на фиг. 1, но с форсункой, установленной в камере сгорания, согласно изобретению; фиг. 7 изображает схематично форсунку, установленную в перепускном коллекторе /продольный разрез/, согласно изобретению; фиг. 8 изображает то же, что на фиг. 1, но в случае, когда вп ускной и перепускной коллекторы содержат два канала, согласно изобретению; фиг.' 9 изображает то же, что на фиг. 1, но в случае, когда впускные и выпускные отверстия расположены на боковой стенке цилиндра, согласно изобретению. Варианты осуществления изобретения. Двухтактный двига тель вн утреннего сгора-ния содержит цилиндр 1 /фи г. 1 / с поршнем 2. В средней части цилиндра 1 выполнено отверстие 3, в котором размещен впускной клапан 4 для впуска топливовоздушной смеси из впускного коллектора 5 в камеру 6 всасывания. Камера 6 расположена псд поршнем 2 и изолирована от кривошипной камеры 7. Над поршнем 2 расположена камера 8 сгорания, которая сообщена с камерой 6 всасывания посредством перепускного коллектора 9. На входе 10 коллектора 9 размещен впускной клапан 11 для подачи топливовоздушной смеси из камеры 6 в камеру 8. На стенке цилиндра 1 расположено окно 12 вып уска о трабо та вши х газо в из камеры 8 сгора ния. Двига тель содержит головку 13 цилиндра, в которой установлена свеча 14 зажигания. Двигатель содержит также дополнительный поршень 15, размещенный в цилиндре 1 между кривошипной камерой 7 и основным поршнем 2 и жестко связанный с ним посредством штока 16. Между первой камерой б всасывания и дополнительным поршнем 15 размещена вторая камера 17 всасывания, изолированная от первой камеры 6. Камера 17 сообщена с вп ускным коллектором 5 посредством клапана 18, обращенного входом к впускному коллектору 5 и установленного в отверстии 19, выполненном в перегородке 20, разделяющей камеры 6 и 17. Клапаны 4, 11 в описываемом варианте устано влены в перегородке 20 в о тверстия х. Камера 17 сообщена также с перепускным коллектором 9 посредством клапана 21, обращенного входом ко второй камере 17 вса-' сывания и установленного в отверстии 22, выполненном в перегородке 20. В перепускном коллекторе 9 у входа в камеру 8 сгорания установлен клапан 23, обращенный входом к камере 17 всасывания. 27533 В описываемом варианте перепускной коллектор 9 выполнен в виде канала, который проходит в стенке цилиндра 1 и в головке 13 цилиндра Канал сообщен с камерой 8 сгорания через отверстие 24, выполненное в головке 13 цилиндра, и с камерами 6,17 всасывания Возможен также вариант, когда перепускной коллектор 9 /фиг 2/ выполнен в виде тр убопровода 25, размещенного в непосредственной близости с боковой стенкой цилиндра 1 Трубопровод 25 снабжен средством 26 для охлаждения В описываемом варианте средство 26 представляет собой рубашку 27, с входным 28 и выходным 29 патрубками для подачи охлаждающего агента Трубопровод 25 сообщен с камерой сгорания и с первой и второй камерами 6,17 всасывания Трубопровод 25 может быть снабжен средством 30 /фигЗ/ для подогрева В этом случае средство 30 содержит рубашку 31 с выходным 32 и выходным 33 патрубками На перепускном коллекторе 9 для предохранения коллектора от разрушения может быть установлен предохранительный клапан 34 (фиг 2) Возможен другой вариант выполнения, когда осно вно й и допо лни те льный пор шни 2 , 15 /фиг 4/ жестко связаны между собой посредством штока 16 В этом штоке 16, а также в поршнях 2, 15 выполнены каналы 35, 36, 37 соответственно, сообщающиеся между собой и образующие перепускной коллектор 9 При этом клапан 11 на выходе из первой камеры 6 всасывания установлен в канале 37, выполненном в теле основного поршня 2 Клапан 21 на выходе из второй камеры 17 всасывания установлен в канале 35, выполненном в теле дополнительного поршня 15 А клапан 23, установленный на входе в камеру 8 сгорания, размещен в канале 36 в теле основного поршня 2 Возможен вариант, когда клапаны 4 /фиг 5/, 18, 11, 21, установленные на входе и выходе первой и второй камер 6, 17 всасывания, выполнены в виде съемного блока 38 Блок 38 состоит из нескольких частей 39, 40, которые для удобства обслуживания могут вставляться в соответствующие отверстия 41, 42 в перегородке 20 Части 39, 40 крепятся к перегородке 20 либо посредством болтового соединения 43, либо посредством фиксатора /на фиг 5 не показан/ При подаче в камеру 8 сгорания топливной смеси через клапан 23 двухтактный двигатель содержит свечу 14 зажигания, установленную в головке 13 Возможен вариант, когда топливо подается в камеру 8 /фиг 6 / через специальную форсунк у 44, устано вленн ую в голо вке 13 При этом све ча 14 зажигания может отсутствовать В этом случае через клапан 23 в камеру 8 подается сжатый воздух Возможен вариант, когда впускной коллектор 5 разделен перегородкой 45 и содержит два канала 46, 47 Канал 47 сообщен с первой камерой 6 всасывания через клапан 4, а канал 46 сообщен со второй камерой 17 всасывания через клапан 18 Воздух может подаваться по одному из каналов или по обоим каналам 46,47 В случае, когда воздух подается по одному из каналов, напри мер 46, по другому канапу 47 может подаваться топливная смесь Форсунка 44 может быть установлена в перепускном коллекторе 9 /фиг 7/ Возможен вариант, когда перепускной коллектор 9 /фиг 8/ содержит два канала 48, 49 Канал 48 сообщен с первой камерой 6 всасывания посредством клапана 11 и с камерой 8 сгорания посредством клапана 23 Канал 49 сообщен со второй камерой 17 посредством клапана 21 и с камерой 8 сгорания посредством дополнительного клапана 50, установленного на входе в камеру 8 сгорания На фиг 1 показан также кривошипно-шатунный механизм 51, размещенный в картере 52 двигателя, в котором находится масло 53 для смазки и масляный насос /на фиг 7 не показан/ Система смазки на чертежах не показана Возможен вариант, когда отверстия 3 /фи г 9/, 19, 22, 10 выполнены в средней части боковой поверхности цилиндра 1 Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом Начало такта сжатия После нижней мертвой то чхи пор шень 2 /фи г \1 идет вверх Выпускное окно 12 перекрывается и поршень 2 сжимает топливную смесь, находящуюся в камере 8 сгорания цилиндра 1 Одновременно сжимается топливная смесь во второй камере 17 всасывания При этом клапан открывается и в первую камеру 6 всасывания поступает топливная смесь из впускного коллектора 5 Конец такта сжатия Поршень 2 продолжает двигаться вверх Одновременно топливная смесь, сжатая во второй камере 17 дополнительным поршнем 15 через клапаны 21 и 23 поступает в камеру 8 сгорания В конце такта сжатия топливная смесь поджигается запальной искрой от свечи 14 зажигания Рабочий ход После запальной искры поршень 2 проходит верхнюю мертвую точку и начинает движение вниз При этом топливная смесь, находящаяся в камере 6, сжимается, так как впускной клапан 4 закрыт, а выпускной клапан 11 и клапан 23 заперты высоким давлением в камере 8 сгорания Одновременно при движении поршня 15 вниз в камеру 17 через клапан 18 засасывается топливная смесь из впускного коллектора 5, так как клапан 21 закрыт Продувка Поршень 2 движется вниз Не доходя до нижней мертвой точки, поршень 2 открывает выпускное отверстие 12 в стенке цилиндра 1 Сгоревшие газы выходят из отверстия 12 и давление в камере 8 сгорания резко падает Клапаны 6, 23 открываются Топливная смесь поступает из камеры 6 через коллектор 9 в камеру 8 и продувает ее, вытесняя отработавшую топливную смесь Когда поршень 2 и жестко связанный с ним поршень 15 находятся в нижней мертвой точке, камера 8 сгорания продукта камера 6 сжата и пуста, а камера 17 заполнена топливной смесью Поршни 2, 15 идут ввер х и начинается новый такт сжатия При движении поршня 2 вверх он перекрывает о тверстие 12 и вся топливная смесь, поступившая из камеры 6, о стае тся в камере 8 К этой 27533 топливной смеси добавляется топливная смесь из камеры 17 Т е количество топливной смеси в камере 8 сгорания увеличивается в два раза, что позволяет в 1.5 - 2 раза увеличить литровую мощность двигателя Работа в двухтактном режиме позволяет увеличить мощность и крутящий момент еще в 1,5 - 2 раза В случае, когда по коллектору 5 поступает воздух, происходит сжатие воздуха При этом в ка меру 8 двигателя подается дизельное топливо через форсунку 43 /фиг б/ Промышленная применимость Двухтактный двигатель вн утреннего сгорания может быть установлен на автомобилях, летательных аппаратах, сельскохозяйственных машинах - плуга х, минитракторах, а также на бензопилах суда х, тепловоза х Этот дви гатель прост в обслуживании, экологически более чист, при малых размерах имеет большую мощность по сравнению с известными 52 53 Фиг. 1 Фиг. 2 27533 Ц 8J3 53 Фиг. 4 Фиг. З ІЬ Фиг. 7 Фиг. в в 27533 П В JJ »£JL Фиг. 8 Фиг. 9 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 I