Двухтактный двигатель внутреннего сгорания: Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности повышения мощности двигателя при неизменных массогабаритных показателях, в уменьшении затрат при производстве и эксплуатации двигателя, а также в повышении надежности, топливной экономичности и в снижении выхода токсичных веществ в атмосферу. Двигатель содержит рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, снабженными выпускными окнами и продувочными воздушными и топливо-воздушными окнами. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала включает качающиеся качалки, шарнирно-соединенные с каждым из поршней и имеющие шарнирное соединение с эксцентриковыми опорами, закрепленными в картере. Качалки соединены шатунами с коленчатым валом. Один из поршней выполнен ступенчатым с двухсторонними днищами разного диаметра — горячее днище со стороны рабочего объема и заднее холодное днище большего диаметра, образующее с торцевой стенкой цилиндра полость, соединенную с продувочным и перепускным каналами, а также через впускное окно с системой смесеобразования и с атмосферой. Продувочный канал топливо-воздушной смеси соединен с топливо-воздушными окнами цилиндра и с перепускным каналом. Другой поршень тоже выполнен с двухсторонними днищами — горячее днище со стороны рабочего объема и заднее днище, образующее с торцевой стенкой цилиндра полость, соединенную продувочным каналом с воздушными окнами цилиндра и через впускное окно — с атмосферой. В рабочей полости цилиндра расположена свеча зажигания и перепускной клапан. Двигатель снабжен механизмом управления перепускным клапаном, который включает распределительный вал с кулачком переменного профиля, установленным с возможностью перемещения вдоль него. Открытие перепускного клапана управляется кулачком через коромысло. Для изменения фазового угла открытия перепускного клапана кулачок перемещается вдоль оси распределительного вала рычагом механизма регулирования мощности двигателя. Распределительный вал связан с коленчатым валом передачей с передаточным числом n= 1. Механизм регулирования мощности связан с механизмом изменения степени сжатия. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к способам и устройствам двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр, имеющий выпускные и продувочные окна, с размещенными в нем двумя противоположно движущимися поршнями, в котором осуществляется прямоточная, наиболее рациональная продувка. Двигатель имеет два коленчатых вала, связанных какой-либо, например шестеренчатой, передачей. Двигатели этого типа имеют большие размеры, низкий механический КПД в связи с наличием нормальных сил, действующих на поршень, и не отличаются высокими эксплуатационными качествами (Бекман В.В. Гоночные мотоциклы. — М., Машиностроение, 1983, с.215) — [1].

Известны двухтактный двигатель внутреннего сгорания и способ работы, реализованный в нем (Поршневые и газотурбинные двигатели. Экспресс-информация, 28, 1977, с.27) — [2]. Способ работы двухтактного двигателя включает подачу топливо-воздушной смеси в рабочий объем цилиндра, сжатие рабочей смеси, воспламенение ее, выпуск продуктов сгорания и продувку рабочего объема потоком воздуха, причем выпуск продуктов сгорания и продувка рабочего объема осуществляется в разных поясах сечения рабочего объема.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр, имеющий выпускные и продувочные окна, с размещенными в нем двумя противоположно движущимися поршнями, в котором осуществляется прямоточная продувка. Для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала каждый поршень шарнирно соединен с качающимся балансиром, имеющим шарнирное соединение с опорой в картере. В средней части балансиры соединены шатунами с коленчатым валом. Такая конструкция преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала позволяет изменять степень сжатия в цилиндре за счет изменения расстояния между неподвижными опорами балансиров. Кроме того, в механизме отсутствуют нормальные силы, действующие на поршни, при этом предотвращаются вибрации цилиндра и снижаются механические потери от трения в паре поршень-цилиндр.

Здесь для осуществления процесса продувки и наполнения цилиндра необходим дополнительный компрессор, что усложняет конструкцию, кроме того при использовании такого двигателя в качестве карбюраторного у него недостаточно высокий КПД и низкая топливная эффективность.

Известен способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания и двухтактный двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа (Патент РФ 2073100, F 02 В 25/08, 25/22, опубл. Бюл. 4 от 10.02.1997 г.) — [3]. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащего цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, включает подачу топливо-воздушной смеси в рабочий объем цилиндра, сжатие ее при движении поршней в верхнюю мертвую точку, воспламенение ее, выпуск продуктов сгорания и продувку рабочего объема воздухом, осуществляемые в разных поясах сечения рабочего объема при движении поршней в нижнюю мертвую точку, при этом топливо-ваоздушную смесь в рабочий объем подают в том же поясе сечения рабочего объема, что и воздух на продувку, подавая сначала часть продувочного воздуха, а затем одновременно подают воздух в приосевую зону рабочего объема и топливо-воздушную смесь по его периферии. Топливо-воздушную смесь и воздух подают в рабочий объем из соответствующих объемов за поршнями путем вытеснения за счет давления поршней при движении их в нижнюю мертвую точку, а при движении поршней в верхнюю мертвую точку заполняют объем за поршнями соответственно топливо-воздушной смесью и воздухом.

Двигатель содержит рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, соединенными с механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Рабочий объем цилиндра имеет выпускные и продувочные воздушные окна, расположенные в разных поясах сечения цилиндра, и продувочные окна подачи топливо-воздушной смеси, расположенные в одном поясе сечения с продувочными воздушными окнами. Сам цилиндр имеет торцевые стенки, а поршни — двухсторонние днища, при этом горячие днища образуют между собой рабочий объем, а холодные днища образуют с торцевыми стенками полости. Полость между торцевой стенкой цилиндра и холодным днищем одного поршня сообщена каналом с продувочными окнами подачи топливо-воздушной смеси и через впускное окно с карбюратором, а полость между другой торцевой стенкой цилиндра и холодным днищем другого поршня сообщена каналом с продувочными воздушными окнами и через соответствующее впускное окно — с атмосферой, при этом полости выполнены с возможностью изменения их объемов за счет изменения диаметра поршня или диаметра полости или за счет изменения размера полости по длине.

Недостатки этого устройства и способа заключаются в том, что здесь не обеспечиваются низкое содержание токсических компонентов в выхлопных газах и высокой термический КПД цикла, а также система управления мощностью двигателя является сложной.

Для сравнительного анализа с предлагаемым изобретением взят четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, защищенный патентом РФ 2171901, F 02 В 21/00, 25/08, опубл. Бюл. 22 от 10.08.2001 г. — [4].

Способ работы, реализованный в этом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, включает подачу топливо-воздушной смеси в рабочий объем цилиндра, сжатие смеси при движении поршней в верхнюю мертвую точку, воспламенение ее, продувку рабочего объема и впуск свежей топливо-воздушной смеси в рабочий объем, при этом при работе на частичных режимах при движении поршней в верхнюю мертвую точку в процессе сжатия часть топливо-воздушной смеси из рабочего объема отбирают и дожимают оставшуюся часть, в процессе расширения направляют отобранную часть топливо-воздушной смеси в дополнительную емкость, на режиме продувки при движении поршней в верхнюю мертвую точку вводят в полость за поршнем топливо-воздушную смесь до объема, равного рабочему объему, на режиме впуска в цилиндр направляют полный рабочий объем топливо-воздушной смеси, включающий отобранный на режиме сжатия и введенный в полость за поршнем.

Двигатель содержит рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, снабженный впускным и выпускным клапанами, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, устройство смесеобразования. Рабочий цилиндр двигателя снабжен перепускным клапаном, полостью с отсечным клапаном за одним из поршней и ресивером, при этом перепускной клапан сообщен через ресивер с впускным клапаном и с отсечным клапаном полости за поршнем, которая снабжена окном, сообщенным с системой смесеобразования. Кроме того, двигатель имеет механизм управления перепускным и отсечным клапанами, включающий распределительный вал с кулачками переменного профиля, установленными с возможностью их перемещения вдоль него, при этом распределительный вал связан механизмом привода с коленчатым валом двигателя и с механизмами изменения степени сжатия и мощности двигателя.

Недостатком этой известной конструкции является то, что четырехтактный двигатель имеет один рабочий ход за два оборота коленчатого вала, в то время как в двухтактном двигателе на каждый оборот коленчатого вала приходится один рабочий ход. Это приводит к тому, что четырехтактный двигатель имеет мощность, в два раза меньшую по сравнению с двухтактным при одинаковых массогабаритных показателях. Так как механизм газораспределения имеет большое количество деталей, четырехтактный двигатель дороже в производстве и эксплуатации.

Изобретение решает задачу повышения мощности двигателя при неизменных массогабаритных показателях, а также уменьшения затрат при производстве и эксплуатации двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, снабженный впускными и выпускными окнами, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, устройство смесеобразования, перепускной клапан в рабочем объеме, механизм управления перепускным клапаном и механизмы изменения степени сжатия и мощности двигателя, продувочный канал полости за поршнем, подающим топливо-воздушную смесь, соединен через перепускной клапан с рабочим объемом цилиндра, при этом объем полости за поршнем, в который отбирают топливо-воздушную смесь, больше или равен рабочему объему цилиндра, а распределительный вал перепускного клапана связан с коленчатым валом передачей с передаточным числом, равным 1.

Кроме того, для уменьшения высоты двигателя и снижения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс рабочий объем двигателя распределен по двум рабочим цилиндрам, имеющим общую камеру сгорания и перепускной канал с перепускным клапаном.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3, где: фиг.1 — продольный разрез двигателя внутреннего сгорания, фиг. 2 а), б), в) — съемы работы двигателя внутреннего сгорания на режимах частичной нагрузки, фиг.3 — сечение по свече зажигания и цилиндру.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Используется схема продолженного расширения, при которой степень расширения больше, чем степень сжатия. При этом происходит циркуляция части топливо-воздушной смеси из рабочего объема в полость за поршнем, а общее количество рабочей смеси, проходящей через двигатель, остается постоянным. Это позволяет исключить из конструкции устройства смесеобразования дроссельную заслонку. Без дроссельной заслонки на частичных нагрузках не создается дополнительное сопротивление во впускной системе, поэтому скоростная характеристика момента на частичных нагрузках более пологая. Схема продолженного расширения позволяет увеличить к.п.д. цикла за счет более полного использования энергии отработавших газов и уменьшения насосных потерь, кроме того, такая схема характеризуется незначительным изменением удельного расхода топлива в широком диапазоне нагрузок.

Изменение мощности осуществляется путем регулирования объема заряда с одновременным изменением степени сжатия и, соответственно, переменным ходом сжатия при постоянном ходе расширения. Изменение степени сжатия в зависимости от вида применяемого топлива позволит двигателю максимально эффективно работать как на газовом топливе, так и на всех марках товарного бензина. В предлагаемом двигателе каждому рабочему режиму соответствует своя степень сжатия и, соответственно, своя степень расширения, что позволяет достаточно легко решать проблемы существующих двигателей при работе на холостом ходу, режимах холодного пуска и прогрева, при этом состав смеси на всех рабочих режимах — стехиометрический (=1) и количество токсических составляющих NO_х, С_nН_m, СО в отработавших газах минимально.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) содержит рабочие цилиндры 1 с противоположно движущимися поршнями 2 и 3, снабженные выпускными окнами 4 и продувочными воздушными 5 и топливо-воздушными 6 окнами. Рабочий цилиндр 1 снабжен перепускным клапаном 7, расположенным в зоне перемещения поршней 2 и 3, между которыми образован рабочий объем. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней 2 и 3 во вращательное движение коленчатого вала включает качающиеся качалки 8, шарнирно-соединенные звеньями 9 с каждым из поршней 2 и 3 соответственно и имеющие шарнирное соединение с эксцентриковыми опорами 10, закрепленными в картере. Качалки 8 соединены шатунами 11 с коленчатым валом 12. Поршень 2 выполнен ступенчатым с двухсторонними днищами разного диаметра — горячее днище 13 со стороны рабочего объема и заднее холодное днище большого диаметра 14, образующее с торцевой стенкой 15 цилиндра 1 полость 16, соединенную с продувочным 17 и перепускным 18 каналами. Полость 16 соединена через впускное окно 19 с системой смесеобразования 20 и с атмосферой. Продувочный канал 17 топливо-воздушной смеси соединен с топливо-воздушными окнами 6 цилиндра 1 и с перепускным каналом 18. Поршень 3 цилиндра 1 тоже выполнен с двухсторонними днищами — горячее днище 21 со стороны рабочего объема и заднее днище 22, образующее с торцевой стенкой 23 цилиндра 1 полость 24, соединенную продувочным каналом 25 с воздушными окнами 5 цилиндра 1 и через впускное окно 26 — с атмосферой. В рабочей полости цилиндра 1 расположена свеча зажигания 27. Двигатель снабжен механизмом управления перепускным клапаном 7 и включает распределительный вал 28 с кулачком 29 переменного профиля, установленным с возможностью перемещения вдоль него. Для изменения фазового угла открытия перепускного клапана 7 кулачок 29 перемещается вдоль оси распределительного вала 28 рычагом 30 механизма 31 регулирования мощности двигателя. Распределительный вал 28 связан с коленчатым валом 12 передачей 32 с передаточным числом n=1. Механизм регулирования мощности 31 связан с механизмом изменения степени сжатия 33 приводом 34. Эксцентриковые валы 10 соединены с механизмом изменения степени сжатия 33 приводом 35. Полость 16 выполнена с возможностью изменения объема. Для этого торцевая стенка 15 выполнена подвижной, что позволяет изменять степень сжатия в полости 16. Изменение степени сжатия увеличивает объемный к.п.д. топливо-воздушного насоса на режимах частичных нагрузок. Открытие перепускного клапана 7 управляется кулачком 29 через коромысло 36. Кроме того, рабочие цилиндры имеют общую камеру сгорания 37 и перепускной канал 18 с перепускным клапаном 7 (фиг.3).

Работает двухтактный двигатель внутреннего сгорания следующим образом.

На частичных нагрузках работы двигателя в процессе выпуска (фиг.2а) отработавших газов в рабочий объем подается сначала часть воздуха из полости 24 и продувочного канала 25 для отделения топливо-воздушной смеси от отработавших газов и предотвращения потерь топливо-воздушной смеси на прямой выброс в выпускные окна 4 и далее остальная часть воздуха и топливо-воздушная смесь из полости 16 и продувочного канала 17. При движении поршней 2 и 3 в верхнюю мертвую точку (фиг.2б) продувочные 5 и выпускные 4 окна закрываются, происходит сжатие смеси в рабочем объеме и перепуск части рабочей смеси через открытый перепускной клапан 7 по перепускному каналу 18 и продувочному каналу 17 в полость 16. Отбор части топливо-воздушной смеси осуществляется за счет давления поршней 2 и 3 в рабочем объеме и одновременно за счет создаваемого разрежения за поршнем 2 в полости 16. При этом впускное окно 19 закрыто. Разрежение, возникающее в полости 16, позволяет производить перепуск с минимальными потерями мощности. После закрытия перепускного клапана 7 дожимают оставшуюся часть топливо-воздушной смеси и при достижении поршнями верхней мертвой точки происходит воспламенение рабочей смеси от свечи зажигания 27 (фиг.2в). При этом в полости 16 происходит дозарядка топливо-воздушной смеси через впускное окно 19 из системы смесеобразования 20.

В процессе расширения (рабочего хода) при движении поршней 2 и 3 в нижнюю мертвую точку в полости 16 происходит сжатие топливо-воздушной смеси, оставшейся после перепуска и поступившей вновь в процессе дозарядки, а в полости 24 — сжатие воздуха, поступившего из атмосферы через окно 26.

На режиме впуска в рабочий объем цилиндра 1 из полости 16 направляют полный объем топливо-воздушной смеси, включающий отобранный на режиме сжатия и введенный дополнительно в процессе дозарядки.

Открытие и закрытие перепускного клапана 7 осуществляется кулачком 29 с переменной высотой профиля через коромысло 36. Кулачок 29 перемещается вдоль оси распределительного вала 28 посредством рычага 30 механизма 31 регулирования мощности двигателя. При изменении фазового угла открытия перепускного клапана 7 изменяется количество дожимаемой топливо-воздушной смеси в рабочем объеме цилиндра 1 и, соответственно, мощность двигателя. Механизм регулирования мощности двигателя 31 связан с механизмом 33 изменения степени сжатия, поэтому определенному количеству сжимаемой топливо-воздушной смеси соответствует необходимая степень сжатия.

При работе двигателя при максимальной мощности ход расширения равен ходу сжатия. При движении поршней 2 и 3 к верхней мертвой точке после процесса выпуска и впуска выпускные 4 и продувочные 5 и 6 окна закрываются, происходит сжатие смеси в рабочем объеме и разрежение в полостях 16 и 24 за поршнями, перепускной клапан 7 при этом закрыт.

При достижении поршнями 2 и 3 верхней мертвой точки происходит воспламенение рабочей смеси от свечи зажигания 17 при степени сжатия, соответствующей полному рабочему объему двигателя, и впуск топливо-воздушной смеси в полость 16 и, соответственно, воздуха в полость 24 через впускные окна 19 и 26.

Объем полости 16 подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемую степень наддува. Увеличение плотности заряда при наддуве приведет к увеличению эффективной мощности и механического к.п.д. двигателя при работе на режиме максимальной мощности.

Механизм изменения степени сжатия 33 обеспечивает такое положение эксцентриковых валов 10, при котором сгорание рабочей смеси происходит на пределе детонации, определяемой видом топлива.

Предлагаемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с продолженным расширением позволяет повысить топливную экономичность на частичных режимах двигателя, обеспечить максимальную эффективность при работе на жидких и газообразных видах топлива за счет организации продолженного расширения на режимах частичных нагрузок, изменять степень сжатия в зависимости о нагрузки на двигатель, уменьшить насосные потери на впуске посредством исключения дросселя в системе смесеобразования, что приводит к повышению коэффициента полезного действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, повышается надежность работы двигателя и уменьшается выброс токсичных компонентов продуктов сгорания, упрощается конструкция органов смесеобразования и решаются проблемы работы двухтактного двигателя на режиме холостого хода, принудительного холостого хода и холодного пуска. На максимальном режиме работы двигателя используется полный рабочий объем двигателя для достижения максимальной мощности.

Формула изобретения

1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с двумя противоположно движущимися поршнями, снабженный впускными и выпускными окнами, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, устройство смесеобразования и механизм изменения мощности двигателя, отличающийся тем, что содержит механизм изменения степени сжатия и перепускной клапан с механизмом управления, расположенный в рабочем цилиндре и соединяющий продувочный канал полости за поршнем, подающим топливо-воздушную смесь, с рабочим объемом для перепуска части рабочей смеси по перепускному и продувочному каналу в полость за поршнем при сжатии на частичных нагрузках работы двигателя.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что объем полости за поршнем, в который отбирают топливо-воздушную смесь, больше или равен рабочему объему.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что распределительный вал перепускного клапана связан с коленчатым валом передачей с передаточным числом, равным 1.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий объем двигателя распределен по двум рабочим цилиндрам, имеющим общую камеру сгорания и перепускной канал с перепускным клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

58) Двухтактный двигатель внутреннего сгорания.

Cуществует
два основных типа двигателей: двухтактные
и четырехтактные. В двухтактных двигателях
все рабочие циклы (процессы впуска
топливной смеси, выпуска отработанных
газов, продувки) происходят в течении
одного оборота коленвала за два основных
такта. У двигателей такого типа отсутствуют
клапаны (как в четырехтактных ДВС), их
роль выполняет поршень, который при
своем перемещении закрывает впускные,
выпускные и продувочные окна. Поэтому
они более просты в конструкции.

Мощность
двухтактного двигателя при одинаковых
размерах цилиндра и частоте вращения
вала теоретически в два раза больше
четырехтактного за счет большего числа
рабочих циклов. Однако неполное
использование хода поршня для расширения,
худшее освобождение цилиндра от
остаточных газов и затраты части
вырабатываемой мощности на продувку
приводят практически к увеличению
мощности только на 60…70%.

Полный
рабочий цикл такого двигателя состоит
всего из двух тактов (отсюда и название)
и проходит за один полный оборот
коленчатого вала — 360 градусов.

3-нагнетатель
4- впускные окна

Двигатель
сконструирован так, что впускной и
выпускной коллекторы находятся в боковых
стенках цилиндра напротив друг-друга,
но на разной высоте. При движении вверх
поршень перекрывает сначала отверстие
впускного, а затем выпускного коллектора,
при движении вниз все происходит в
обратном порядке. В первом такте
происходит движение поршня из нижней
мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую
точку (ВМТ) и сжатие горючей смеси в
самом цилиндре. В это-же время, за счет
движения поршня вверх, происходит
разрежение давления в кривошипно-шатунной
камере и туда засасывается горючая
смесь из впускного коллектора. Во втором
такте происходит воспламенение сжатой
горючей смеси, которая требует большего
объема и толкает поршень вниз, к НМТ. По
ходу движения поршень открывает выпускной
коллектор, который был им перекрыт, и
часть отработанной смеси сразу
устремляется туда. В кривошипно-шатунной
камере возрастает давление за счет
сжатия пространства и когда поршень
доходит до НМТ, свежая смесь устремляется
вверх, выдувает остатки отработанной
смеси. Потом цикл повторяется.

Цикл
Отто — термодинамический цикл, описывающий
рабочий процесс двигателя внутреннего
сгорания с воспламенением сжатой смеси
от постороннего источника энергии, цикл
бензинового двигателя. Назван в честь
немецкого инженера Николауса Отто.

Является
прототипом рабочего процесса в двигателях
с принудительным зажиганием. Отличительной
особенностью таких двигателей является
сжатие горючей смеси (смеси паров бензина
с воздухом). Этот цикл состоит из двух
адиабат и двух изохор (рис. 7.2).

Идеальный
цикл Отто состоит из четырёх процессов:

1—2
адиабатное сжатие рабочего тела;

2—3
изохорный подвод теплоты к рабочему
телу;

3—4
адиабатное расширение рабочего тела;

4—1
изохорное охлаждение рабочего тела.

Рис.
7.2. Цикл д. в. с. с изохорным подводом
теплоты

Это
цикл двухтактного д. в. с. Между точками
4-1 практически при постоянном объёме
осуществляется сначала выпуск отработавших
газов а затем и продувка цилиндра смесью
топлива с воздухом (карбюраторные д. в.
с.) или воздухом (дизельные д. в. с.).

Характеристиками
этого цикла являются:

степень
сжатия
и

степень
повышения давления
. Здесь v1, v2, p2, p3 – объёмы и давления
рабочего тела в соответствующих точках
цикла д. в. с.

Расчёт
цикла сводится к определению параметров
p, v и T в характерных точках и определению
количеств подведенного и отведенного
тепла, полезной работы и термического
к. п. д. цикла.

Можно
показать, что термический к. п. д. цикла
,

(7.1)

где
k – показатель адиабаты рабочего тела.
То есть nt
растёт с увеличением степени сжатия.
Однако повышение степени сжатия не
должно вызывать детонацию и самовоспламенение
горючей смеси в процессе сжатия. В
зависимости от вида топлива ε=6÷10.

Бесклапанный двухтактный колебательный двигатель (Патент)

Бесклапанный двухтактный колебательный двигатель (Патент) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

Полная запись
Другие родственные исследования

Описан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий веерообразную камеру сгорания, имеющую две плоские радиальные торцевые стенки, дугообразную верхнюю стенку и две плоские параллельные веерообразные боковые стенки; одиночный поворотный разделитель, колеблющийся на неподвижном шарнирном пальце, причем разделитель имеет первый конец и второй конец, при этом первый конец разделителя колеблется внутри объема сгорания, тем самым разделяя объем сгорания на две камеры сгорания; второй конец поворотного разделителя раздваивается; соединительный стержень, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец выполнен с возможностью вращения на поршневой цапфе, расположенной внутри раздвоенного конца поворотного делителя; выходной коленчатый вал, к кривошипу которого прикреплен с возможностью вращения второй конец шатуна; две свечи зажигания, по одной проходят через каждую радиальную стенку веерообразной камеры сгорания; две трубки впрыска топлива, по одной из которых проходят через каждую радиальную стенку веерообразной камеры сгорания; выпускное отверстие, проходящее через центр дугообразной верхней стенки камеры сгорания; и два отверстия для впуска воздуха, по одному из которых проходит через центр каждой из плоских параллельных веерообразных боковых стенок.

Изобретатели:: Кроуфорд, Дж.

Дата публикации:: 1993-07-20

Идентификатор ОСТИ:: 6139744

Номер(а) патента:: США 5228414; А

Номер заявки:: PPN: США 7-943443

Правопреемник:: ИМС; ЭДБ-93-105717

Тип ресурса:: Патент

Отношение ресурсов:: Дата файла патента: 10 сентября 1992 г.

Страна публикации:: США

Язык:: Английский

Тема:: 33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛИ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ; ДИЗАЙН; КОЛЕБАНИЯ; КАМЕРЫ СГОРАНИЯ; СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА; МЕХАНИЧЕСКИЕ ВАЛЫ; ДВИГАТЕЛИ; ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; ЧАСТИ МАШИН; ВАЛЫ; 330101* — Двигатели внутреннего сгорания — искровое зажигание

Форматы цитирования

MLA
АПА
Чикаго
БибТекс

Кроуфорд, Дж. Бесклапанный двухтактный качающийся двигатель . США: Н. П., 1993. Веб.

Копировать в буфер обмена

Кроуфорд, Дж. Бесклапанный двухтактный качающийся двигатель . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Кроуфорд, Дж. 1993. «Бесклапанный двухтактный колебательный двигатель». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_6139744, title = {Бесклапанный двухтактный колебательный двигатель}, автор = {Кроуфорд, Дж.}, abstractNote = {Описан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий: веерообразный объем сгорания, имеющий две плоские радиальные торцевые стенки, дугообразную верхнюю стенку и две плоские параллельные веерообразные боковые стенки; одиночный поворотный разделитель, колеблющийся на неподвижном шарнирном пальце, причем разделитель имеет первый конец и второй конец, при этом первый конец разделителя колеблется внутри объема сгорания, тем самым разделяя объем сгорания на две камеры сгорания; второй конец поворотного разделителя раздваивается; соединительный стержень, имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец выполнен с возможностью вращения на поршневой цапфе, расположенной внутри раздвоенного конца поворотного делителя; выходной коленчатый вал, к кривошипу которого прикреплен с возможностью вращения второй конец шатуна; две свечи зажигания, по одной проходят через каждую радиальную стенку веерообразной камеры сгорания; две трубки впрыска топлива, по одной из которых проходят через каждую радиальную стенку веерообразной камеры сгорания; выпускное отверстие, проходящее через центр дугообразной верхней стенки камеры сгорания; и два воздухозаборных отверстия, по одному из которых проходит через центр каждой из плоских параллельных веерообразных боковых стенок. }, дои = {}, URL = {https://www.osti.gov/biblio/6139744}, журнал = {}, номер =, объем = , место = {США}, год = {1993}, месяц = {7} }

Копировать в буфер обмена

Полный текст можно найти в Ведомстве США по патентам и товарным знакам.

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

Аналогичные записи

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с декомпрессионным клапаном

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания двухтактного типа.

2. Описание предшествующего уровня техники

В обычном двухтактном двигателе внутреннего сгорания постоянно открытые впускной и выпускной каналы обычно предусмотрены в аксиально разнесенных местах в стенке цилиндра, при этом выпускной канал расположен ближе к головке цилиндра, так что поршень последовательно обнажает выпускные и впускные отверстия по мере своего движения к нижней мертвой точке, позволяя выходить сгоревшим газам, а воздух и топливо попадают в выпускные и впускные отверстия соответственно. Во время обратного хода поршня впускное, а затем и выпускное отверстия закрываются, поскольку поршень поднимается из нижней мертвой точки.

В одном из типов двухтактных двигателей внутреннего сгорания, известном как двигатель с продувкой картера, картер герметично соединен с цилиндром и имеет напорную камеру, из которой топливно-воздушная смесь нагнетается в цилиндр через отверстие, открывающееся при прохождении поршнем нижней мертвой точки. Это устройство имеет тот недостаток, что картерное масло, необходимое для смазки, также попадает в цилиндр вместе с топливом, вызывая нежелательный выброс загрязняющих веществ.

В двухтактном двигателе другого известного типа, с продувкой вентилятором, вентилятор или нагнетатель вдувает свежую газовоздушную смесь в цилиндр, в то время как впускное отверстие открыто, так что остатки сгоревших газов выдуваются из цилиндра. выхлопное отверстие. Необходимость смешивания смазочного масла с топливом исключается, поскольку может быть предусмотрена отдельная система смазки.

Оба типа, однако, имеют недостаток, заключающийся в том, что выпускные и впускные отверстия постоянно открыты, так что синхронизация полностью зависит от положения поршня, что приводит к работе с пониженной эффективностью.

Кроме того, на максимальную степень сжатия, которая может быть получена на практике, накладывается нежелательное ограничение, возникающее, например, из-за того, что выпускное отверстие остается открытым на значительном расстоянии перемещения поршня на ранних стадиях такта сжатия.

Однако в случае последнего типа также могут возникать проблемы из-за остаточного горючего газа или горячих точек, которые могут вызвать преждевременное воспламенение поступающего топлива.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной из целей изобретения является создание двухтактного двигателя, который не требует смешивания смазочного материала с топливом и который устраняет или смягчает вышеупомянутые недостатки.

В соответствии с изобретением двухтактный двигатель внутреннего сгорания имеет впускное устройство, образованное постоянно открытым отверстием, расположенным в стенке цилиндра для доступа поршня, проходящего через нижнюю мертвую точку, для впуска воздуха в цилиндр во время выпуска и впуска. или приемный цикл; нагнетатель, соединенный с впускным отверстием для подачи к нему воздуха под давлением; и выпускное средство в головке цилиндра, образованное выпускным клапаном, управляемым независимо от поршня, для закрытия во время такта сжатия и сгорания и для открытия в течение всего времени, пока впускное отверстие не закрыто поршнем.

С практической точки зрения выпускной клапан открывается непосредственно перед тем, как поршень открывает впускное отверстие во время его движения до состояния нижней мертвой точки, чтобы инициировать цикл выпуска, снижая давление внутри цилиндра до уровня, не превышающего давление воздуха в впускное отверстие и закрывается сразу после того, как впускное отверстие закрывается поршнем.

Таким образом, двигатель в соответствии с изобретением может не только извлекать выгоду из преимущества независимой смазки подшипников, которой обладает типичный четырехтактный двигатель и двухтактный двигатель с продувкой вентилятором, но также меньше загрязняет окружающую среду, чем четырехтактный двигатель. поскольку свежий воздух из впуска смешивается с любыми остаточными несгоревшими газами в цилиндре, которые, таким образом, продолжают гореть, обеспечивая как полное сгорание, так и выброс сгоревших газов из цилиндра.

Кроме того, поскольку синхронизация выпускного клапана может изменяться независимо от положения поршня, например, закрываться сразу после закрытия впускного отверстия поршнем, а не в момент времени, определяемый физическим перемещением поршня смещен в осевом направлении от впускного отверстия к головке (как с выпускным отверстием в обычном двухтактном двигателе), может быть достигнута оптимальная эффективность, а форма камеры сгорания может быть такой, чтобы обеспечить очень высокую степень сжатия. .

Кроме того, впрыск топлива в камеру сгорания только ближе к концу такта сжатия, а не в начале, как в двигателях с принудительной продувкой, снижает или устраняет риск преждевременного воспламенения.

В предпочтительной форме двигателя в головке цилиндра предусмотрен впускной клапан, приводимый в действие, например, обычными электромеханическими средствами, чтобы обеспечить запуск двигателя путем сброса давления в цилиндре и поступления воздуха в цилиндр и оставаться закрытым при работающем двигателе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ РИСУНКИ

Краткое описание фигур на чертежах выглядит следующим образом:

РИС. 1, 2, 3 и 4 представляют собой схематические изображения настоящего изобретения, показанные соответственно в положении взрыва, положении выпуска, положении впуска и сжатии;

РИС. 5 представляет собой графическое представление или временную диаграмму последовательности операций в соответствии с положением поршня двигателя со ссылочными номерами, указывающими этапы, соответствующие этапам, указанным на фиг. 1-4 соответственно;

РИС. 6 представляет собой полярное графическое представление или временную диаграмму последовательности операций в соответствии с положением поршня двигателя;

РИС. 7 показан типичный поршень двухтактного двигателя предшествующего уровня техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ

Как схематически показано на ФИГ. 1-4, двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания включает рабочий цилиндр 11, закрытый сверху головкой 12 цилиндра и сообщающийся снизу с обычным картером 13, содержащим смазочное масло 14. В цилиндре выполнено впускное отверстие стенка 17, к порту которой нагнетатель 18 обычной конструкции подает воздух под давлением. Клапан 21 сброса давления и обычная топливная форсунка 22 установлены на противоположных сторонах головки, а выпускной клапан 23 установлен между ними в центральном месте головки. Клапан 21 сброса давления приводится в действие обычными электромеханическими средствами 24.

Обычный рабочий поршень 25 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре и соединен снизу с обычным рычажным механизмом 26 коленчатого вала. поршень примыкает к верхней мертвой точке, как показано на фиг. 1, выпускной клапан открывается, пропуская воздух в цилиндр. Клапан впоследствии закрыт в течение всего периода работы двигателя.

При работающем двигателе на такте сжатия по мере движения поршня к ВМТ топливо впрыскивается в камеру сгорания топливной форсункой 22 незадолго до достижения поршнем ВМТ (или раньше при искровом зажигании в случае альтернативного варианта осуществления, работающего на бензине), как показано в четвертом квадранте фиг. 6 и первая четверть цикла на фиг. 5. Приблизительно в верхней мертвой точке взрыв смеси инициирует показанную стадию горения, первый квадрант на фиг. 6 и вторая четверть фиг. 5. При дальнейшем движении поршня к нижней мертвой точке, непосредственно перед выходом днища поршня из верхнего уровня впускного отверстия, выпускной клапан открывается так, чтобы давление отработавших газов не превышало давление воздуха на входе, как показано на фиг. . 2, фиг. 5 и третий квадрант на фиг. 6.

Последующее открытие впускного отверстия 15 позволяет нагнетателю 18 нагнетать свежий воздух в цилиндр, способствуя как полному сгоранию любых остаточных несгоревших газов в нем, так и очистке газов из цилиндра через выпускной клапан 23.

Когда поршень достигает нижней мертвой точки центр (фиг. 3), впуск и выпуск воздуха продолжаются, и на ранних стадиях возврата поршня к верхней мертвой точке, как показано в третьем квадранте фиг. 6.

Впуск свежего воздуха продолжается до тех пор, пока головка поршня не закроет впускное отверстие и одновременно или через короткий промежуток времени выпускной клапан (клапаны) не закроется, начиная такт сжатия, как показано на РИС. 3, третий квадрант и фиг. 6.

Как показано на ФИГ. 5 и 6, точное время открытия и закрытия выпускного клапана может варьироваться в соответствии с конкретной рабочей характеристикой двигателя.

Двигатель меньше загрязняет окружающую среду, чем существующие четырехтактные двигатели или двухтактные двигатели с продувкой вентилятором, поскольку свежий воздух нагнетается во впускное отверстие; нагнетатель смешивается с любыми несгоревшими газами, оставшимися в камере, которые, таким образом, продолжают гореть, обеспечивая полное сгорание перед выбросом.

Posted inДвигатель