Двухтактный двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Рассмотрены варианты двигателя: поршень рабочего цилиндра снабжен отражателем-дефлектором, который выполнен в виде ограниченной по длине дугой окружности кольцевой канавки, расположенной в верхней цилиндрической части поршня, а наружный цилиндрический край верхней боковой стенки канавки образует диффузор для направления потока газа вдоль цилиндрической образующей стенки цилиндра; поршни сдвоенного рабочего цилиндра установлены в цилиндрах двустороннего действия и имеют штоки для связи с кривошипами, которые имеют отклонение между собой по углу поворота вала и обеспечивают движение поршней в одном или встречном направлениях, для работы двигателя в пусковом режиме рабочий цилиндр соединен перепускным каналом с насосным цилиндром. Для работы двигателя в основном режиме после пуска насосный цилиндр превращается в рабочий; двигатель выполнен многорядным (двухрядным) с расположением цилиндров через разделяющую перегородку один над другим, у которых поршни цилиндров предыдущего ряда связаны штоками с поршнями цилиндров последующего ряда, а рабочий цилиндр выполнен сдвоенным с двумя поршнями и общей камерой сгорания, сообщающей две его рабочие полости, которые расположены по одну или по обе стороны перегородки; двигатель содержит только рабочие цилиндры, к впускным окнам которых подключены параллельно два нагнетателя, из которых один является пусковым с автономным приводом, а другой основным с приводом от энергии, вырабатываемой двигателем после его пуска. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и удельной литровой мощности двигателя. 5 с.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДДВС), которые имеют кривошипно-шатунный механизм, связанный с поршнями, и рабочий цилиндр с впускными и выпускными окнами, а также источник продувки рабочих цилиндров.

В качестве группы изобретений предлагается несколько независимых вариантов ДДВС, которые имеют один вид, одинаковое назначение и обеспечивают получение сходного технического результата.

Вариант 1 (п.1 формулы) В качестве ближайшего прототипа для двигателя по варианту 1 может рассматриваться конструкция двигателя по патенту США [2].

Недостатком ближайшего прототипа является то, что у него поршень рабочего цилиндра снабжен дефлектором-отражателем, который на цикле продувки рабочего цилиндра от сгоревших газов недостаточно эффективно преграждает проскакивание свежей порции газа из впускных окон рабочего цилиндра в его выпускные окна. В результате не обеспечивается эффективная очистка рабочего цилиндра и уменьшается коэффициент его наполнения.

Задачей изобретения является повышение экономичности и удельной литровой мощности двигателя, для чего необходимо повысить эффективность продувки рабочего цилиндра, устранить проскакивание свежей порции газа из впускных окон в выпускные окна и повысить коэффициент наполнения рабочего цилиндра.

По варианту 1 двигатель имеет следующие ограничительные и отличительные признаки.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с впускными и выпускными окнами и поршень, в верхней части которого выполнен дефлектор-отражатель, расположенный напротив впускного окна при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ), отличающийся тем, что при положении поршня в НМТ своей верхней частью поршень заслоняет впускное окно так, что верхний торец днища поршня находится выше верхней кромки впускного окна, а дефлектор выполнен на цилиндрической стенке поршня напротив впускного окна в виде кольцевой канавки, которая имеет нижнюю и верхнюю боковые стенки и по длине ограничена дугой окружности, а наружный цилиндрический край верхней боковой стенки образует диффузор для направления потока газа вдоль цилиндрической образующей стенки цилиндра.

Такой диффузор выполнен или в виде зазора между цилиндрическим краем боковой стенки канавки и зеркалом цилиндра, или образован сквозными отверстиями, выполненными в верхней боковой стенке кольцевой канавки.

Для лучшей организации потока газа при продувке в днище поршня напротив выпускного окна рабочего цилиндра выполнено углубление-канал, выход из которого совмещается с выпускным окном при подходе поршня к НМТ.

Рабочий цилиндр с поршнем описанной конструкции может работать самостоятельно, когда используется кривошипно-камерная продувка и газ поступает к впускному окну из картера двигателя, или в паре с насосным цилиндром, когда используется маслозаполненный картер, а топливная смесь поступает из насосного цилиндра в рабочий цилиндр без примеси масла.

В последнем случае двигатель дополнительно содержит насосный цилиндр с впускными и выпускными окнами, кривошип и поршень. При этом выпускное окно расположено в верхней части насосного цилиндра, а впускное окно рабочего цилиндра соединено с выпускным окном насосного цилиндра перепускным каналом.

Для лучшего заполнения рабочего цилиндра кривошип поршня насосного цилиндра и кривошип поршня рабочего цилиндра имеют отклонение между собой по углу поворота вала на угол , при котором обеспечивается закрытие впускного окна рабочего цилиндра в момент выхода насосного поршня из верхней мертвой точки (ВМТ).

Изложенная сущность исполнения двигателя по варианту 1 поясняется на фиг.1-6, которые имеют следующий перечень позиций: 1 - рабочий цилиндр; 2 - впускные окна рабочего цилиндра; 3 - выпускные окна рабочего цилиндра; 4 - поршень; 5 - кривошип поршня; 6 - кольцевая канавка на цилиндрической стенке поршня; 7 - нижняя боковая стенка канавки; 8 - верхняя боковая стенка канавки; 9 - верхний торец днища поршня; 10 - верхняя кромка впускного окна 2; 11 - наружный цилиндрический край верхней боковой стенки канавки; 12 - цилиндрическая образующая зеркала цилиндра; 13 - диффузор, выполненный в виде зазора между цилиндрическим краем верхней боковой стенки 8 канавки 6 и зеркалом цилиндра 12; 14 - диффузор, выполненный в виде сквозных отверстий в верхней боковой стенке 8 канавки 6; 15 - верхняя кромка выпускного окна; 16 - полость рабочего цилиндра; 17 - углубление канала в днище поршня; 18 - насосный цилиндр; 19 - впускные окна насосного цилиндра; 20 - выпускные окна насосного цилиндра; 21 - поршень насосного цилиндра; 22 - кривошип поршня насосного цилиндра; 23 - перепускной канал из насосного цилиндра в рабочий цилиндр; 24 - стенка между цилиндрами; 25 - свеча зажигания или форсунка; 26 - проточная камера картера механизма движения; 26' - маслозаполненный картер механизма движения (вариант на фиг.5).

На фиг. 1-4 изображен одноцилиндровый двухтактный двигатель с проточной камерой механизма движения (кривошипно-камерная продувка с сухим картером). В таком двигателе в качестве топлива используется смесь бензина с маслом, а для воспламенения топлива используется свеча зажигания.

На фиг.1 изображен двигатель при положении поршня 4 рабочего цилиндра в НМТ, соответствующем окончанию рабочего хода поршня, когда закончился выпуск из цилиндра сгоревших газов и идет заполнение цилиндра свежей смесью. На фиг. 2 показан разрез "А - А" с видом на верхнюю часть поршня, поясняющим вариант устройства дефлектора-отражателя и диффузора для формирования потока газа. На фиг. 3 - разрез, показывающий положение поршня в момент выхода из полости рабочего цилиндра сгоревших газов перед началом продувки, когда впускное окно еще закрыто поршнем. На фиг.4 - разрез "Б - Б" с видом на верхнюю часть поршня, поясняющим второй вариант устройства диффузора.

Двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с впускными 2 и выпускными окнами 3, поршень 4 и кривошип 5 поршня 4. В верхней части поршня 4 на его цилиндрической стенке выполнена кольцевая канавка 6, которая выполняет роль дефлектора и имеет нижнюю 7 и верхнюю 8 боковые стенки и по длине ограничена дугой окружности, определяемой выбранным углом ^o. Кольцевая канавка 6 расположена так, что при положении поршня 4 в НМТ впускное окно 2 рабочего цилиндра оказывается напротив средней части длины канавки 6, а высота канавки h равна высоте впускного окна. При этом верхний торец 9 днища поршня находится выше верхней кромки 10 впускного окна 2, а наружный цилиндрический край 11 верхней боковой стенки 8 канавки 6 образует диффузор для направления потока газа вдоль цилиндрической образующей 12 зеркала цилиндра 1. Этот диффузор выполнен или в виде зазора 13 между цилиндрическим краем 11 боковой стенки 8 канавки 6 и зеркалом 12 цилиндра 1, как показано на фиг.2, или образован сквозными отверстиями 14, выполненными в верхней боковой стенке 8 канавки 6, как показано на фиг.4. При выполнении диффузора в виде зазора 13 канавка может быть выполнена по глубине с переменным сечением, которое уменьшается в сторону от ее середины, совпадающей с окном 2.

При положении поршня 4 в НМТ своей верхней частью он заслоняет выпускное окно 3 так, что верхний торец днища поршня находится на уровне или выше верхней кромки 15 выпускного окна 3, а для соединения полости 16 рабочего цилиндра 1 с выпускным окном 3 в днище поршня напротив выпускного окна выполнено углубление-канал 17.

Принцип работы двигателя заключается в следующем.

На фазе рабочего цикла - конец рабочего хода (фиг.1), когда поршень 4 находится в НМТ, кольцевая канавка 6 поршня совмещается по высоте с впускным окном 2, а углубление-канал 17 совмещается с выпускным окном 3. К этому моменту из рабочей полости 16 выпущены сгоревшие газы и происходит заполнение рабочей полости 16 свежей смесью, которая поступает через окно 2 из картера 26 двигателя. Свежая смесь, выходя из окна 2, растекается по всей длине кольцевой канавки, а затем просачивается в полость 16 рабочего цилиндра через щель, образованную зазором 13 между цилиндрическим краем 11 и зеркалом 12 цилиндра 1. Периметр щели равен заданной длине дуги окружности, которая определяется углом ^o, как показано на фиг.2. В другом варианте по фиг.4 смесь из кольцевой канавки 6 просачивается через сквозные отверстия 14 в верхней боковой стенке 8, которые выполнены по периметру дуги окружности. В результате смесь, выходя из окна 2, равномерно наподобие газовой завесы растекается вверх вдоль образующей цилиндра в противоположной стороне от выпускного окна 3 и вытесняет остатки сгоревших газов. Такой направленный поток смеси вверх, а также то, что выход газа идет через углубление-канал 17, позволяет уменьшить возможность проскакивания смеси из впускного окна 2 в выпускное окно 3 и создает условия для повышения коэффициента наполнения полости 16 рабочего цилиндра 1.

На фиг. 3 показано положение поршня 4 в момент начала продувки, когда окно 2 еще перекрыто поршнем 4, а окно 3 открыто и идет интенсивный выпуск из полости 16 сгоревших газов. Затем происходит фаза продувки, показанная на фиг. 14. После закрытия окон 2 и 3 при движении поршня 4 вверх начинается сжатие топливной смеси.

При подходе поршня 4 к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит воспламенение, что вызывает расширение газов, поршень 4 движется вниз, и начинается его рабочий ход до открытия выпускного окна 3, и затем рабочие циклы повторяются.

Предыдущий вариант двигателя, изображенный на фиг.1 и 3, имеет кривошипно-камерную продувку рабочего цилиндра. Соответственно в этом варианте в качестве топлива используется смесь бензина с маслом, что вызывает ряд недостатков, в том числе большую дымность выхлопа и неполное сгорание топлива.

Для устранения известных недостатков двухтактного двигателя на фиг.5 и 6 изображен вариант двигателя с маслозаполненным и непроточным картером механизма движения. Такой вариант двигателя дополнительно содержит насосный цилиндр 18 с впускными 19 и выпускными 20 окнами, поршень 21 и кривошип 22. Выпускное окно 20 расположено в верхней части насосного цилиндра 18, а впускное окно 2 рабочего цилиндра 1 соединено с выпускным окном 20 насосного цилиндра 18 перепускным каналом 23, который расположен между рабочим и насосным цилиндром вдоль образующей цилиндра. При этом кривошип 5 рабочего поршня 4 и кривошип 22 насосного поршня 21 имеют отклонение между собой по углу поворота вала на угол ^o, при котором обеспечивается закрытие впускного окна 2 полости рабочего цилиндра в момент выхода насосного поршня 21 из верхней мертвой точки, что исключает обратный отсос газа из рабочего цилиндра 1.

На фиг.6 видно, что угол ^o= 180-, где - угол отклонения кривошипа рабочего поршня 4 от НМТ до положения, когда происходит закрытие поршнем 4 впускного окна 2.

При оснащении двигателя насосным цилиндром 18 становится возможным картер двигателя сделать маслозаполненным и отказаться от использования в качестве топлива смеси бензина с маслом, что обеспечивает экологическую чистоту выхлопа. В зависимости от использования двигателя или с принудительным зажиганием или с самовоспламенением в рабочем цилиндре установлена свеча зажигания или форсунка 25. Соответственно в качестве горючего может быть использован бензин, газ или дизельное топливо. Наиболее экономичным вариантом можно считать впрыск топлива непосредственно в цилиндр через форсунку высокого давления в положении поршня в ВМТ или впрыск топлива в цилиндр через форсунку низкого давления в начале такта сжатия после закрытия поршням 4 выпускных 3 и впускных 2 окон. В этих случаях продувка цилиндра через впускное окно 2 будет вестись не топливной смесью, а чистым воздухом, т.е. исключается возможность потери части топлива через выпускное окно 3 при положении поршня 4 в НМТ.

При сравнении двухтактного двигателя по варианту на фиг. 5 с четырехтактным двигателем первый имеет явное преимущество, т.к. при наличии у того и у другого двух цилиндров на один оборот вала приходится один рабочий ход поршня, но у двухтактного двигателя нет клапанного механизма, он имеет меньшие габариты, намного проще, легче и дешевле, может развивать большее количество оборотов, а поэтому может быть мощнее при той же массе. При этом сохраняются все преимущества четырехтактного двигателя по экологической чистоте выхлопа, экономичности и надежности.

Вариант 2 (п.2 формулы) В качестве ближайшего прототипа для двигателя по варианту 2 может рассматриваться конструкция двигателя по патенту РФ [1].

Недостатком прототипа [1] является наличие самостоятельного отдельно стоящего насосного цилиндра, что вызывает необходимость использования дополнительного цилиндра, поршня и связанного с ним кривошипа, а это усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его габариты по длине, а также увеличивает массу двигателя.

Такой двигатель, так же как и заявляемая конструкция двигателя по варианту 2, содержит кривошипно-шатунный механизм и сдвоенный рабочий цилиндр с общей камерой сгорания и двумя поршнями, каждый из которых соединен со своим кривошипом, а кривошип поршня цилиндра с выпускным окном установлен с отклонением по углу поворота вала от кривошипа поршня цилиндра с впускным окном в направлении вращения с возможностью опережения открытия и закрытия выпускного окна по отношению к впускному окну.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение удельной литровой мощности двигателя, для чего необходимо уменьшить в конструкции двигателя количество поршней и кривошипов.

Это достигается тем, что поршни сдвоенного рабочего цилиндра установлены в цилиндрах двухстороннего действия и имеют штоки для связи с кривошипами, которые имеют отклонение между собой по углу поворота вала и обеспечивают движение поршней в одном или встречном направлении, а впускные окна сдвоенного рабочего цилиндра соединены с источником продувки, например с турбонагнетателем.

Изложенная сущность исполнения двигателя по варианту 2 поясняется на фиг.7-10, которые имеют следующий перечень позиций: 27 - сдвоенные цилиндры двухстороннего действия; 28 - поршень левый; 29 - поршень правый; 30 - полость рабочего цилиндра левая; 31 - полость рабочего цилиндра правая; 32 - общая камера сгорания; 33 - свеча зажигания или форсунка; 34 - впускное окно рабочего цилиндра правого; 35 - выпускное окно рабочего цилиндра левого; 36 - полость насосного цилиндра левая; 37 - полость насосного цилиндра правого; 38 - общая камера сжатия; 39 - впускное окно насосного цилиндра левого; 40 - выпускное окно насосного цилиндра правого; 41 - перепускной канал для соединения сдвоенного насосного цилиндра с сдвоенным рабочим цилиндром на цикле продувки рабочего цилиндра; 42 - шток; 43 - крейцкопф; 44 - кривошипно-шатунный механизм; 45 - кривошип левый; 46 - кривошип правый; 47 - форсунка низкого давления; На фиг. 8.

48 - сдвоенные цилиндры двухстороннего действия; 49 - поршень левый; 50 - поршень правый; 51 - полость рабочего цилиндра над поршнем 49; 52 - полость рабочего цилиндра над поршнем 50, 53 - полость рабочего цилиндра под поршнем 49, 54 - полость рабочего цилиндра под поршнем 50, 55 - общая камера сгорания над поршнем 49 и 50, 56 - общая камера сгорания под поршнем 49 и 50, 57 - впускное окно сдвоенного рабочего цилиндра над поршнем 50; 58 - выпускное окно сдвоенного рабочего цилиндра над поршнем 49; 59 - впускное окно сдвоенного рабочего цилиндра под поршнем 50; 60 - выпускное окно сдвоенного рабочего цилиндра под поршнем 49; 61 - свеча зажигания; 62 - форсунка низкого или высокого давления; 63 - шток; 64 - крейцкопф; 65 - кривошипно-шатунный механизм; 66 - кривошип левый; 67 - кривошип правый; 68 - нагреватель; 69 - линия подвода газа от нагнетателя 68 к впускным окнам 57 и 59; На фиг. 9: 70 - кривошипно-шатунный механизм; 71 - сдвоенные цилиндры двухстороннего действия; 72 - поршень левый; 73 - поршень правый; 74 - полость рабочего цилиндра над поршнем; 75 - полость рабочего цилиндра под поршнем; 76 - полость насосного цилиндра над поршнем; 77 - полость насосного цилиндра под поршнем; 78 - шток; 79 - крейцкопф; 80 - шатун; 81 - кривошип; 82 - канал - общая камера сгорания соединяет полости 74 и 75; 83 - впускные окна сдвоенного рабочего цилиндра; 84 - выпускное окно сдвоенного рабочего цилиндра; 85 - свеча зажигания или форсунка; 86 - канал перепуска из полостей 76 и 77 насосных цилиндров в полости 74 и 75 рабочих цилиндров; 87 - впускные окна полостей насосных цилиндров; 88 - выпускные окна полостей насосных цилиндров; На фиг. 10: 89 - кривошипно-шатунный механизм (механизм движения поршней); 90 - сдвоенные цилиндры двухстороннего действия; 91 - поршень левый; 92 - поршень правый; 93 - полость рабочего цилиндра над поршнем 91; 94 - полость рабочего цилиндра под поршнем 91; 95 - полость рабочего цилиндра над поршнем 90; 96 - полость рабочего цилиндра под поршнем 90; 97 - шток; 98 - крейцкопф; 99 - шатун; 100 - кривошип; 101 - канал - общая камера сгорания соединяет полости 94 и 95 (такой же канал, который соединяет полости 93 и 96, в разрезе на фиг.10 не показан); 102 - впускные окна сдвоенных рабочих цилиндров; 103 - выпускные окна сдвоенных рабочих цилиндров; 104 - свеча зажигания или форсунка; 105 - нагнетатель; 106 - линия подвода газа от нагнетателя к впускным окнам 102.

На фиг.7 изображен двигатель, у которого цилиндры 27 имеют двухстороннее действие. В этом случае над поршнями 23 и 29 образованы полости 30 и 31 рабочего цилиндра, а под поршнями образованы полости 36 и 37 насосного цилиндра. (Возможен вариант расположения полостей рабочего цилиндра под поршнями 28 и 29, а полостей насосного цилиндра над поршнями).

Полости 30 и 31 рабочего цилиндра соединены между собой в верхней части цилиндров и имеют общую камеру сгорания 32.

Полости 36 и 37 насосных цилиндров соединены между собой в нижней части цилиндров и имеют общую камеру сжатия 38.

Т. к. полости 30 и 31 рабочего цилиндра объединены между собой и имеют общую камеру сгорания, они образуют сдвоенный рабочий цилиндр с двумя поршнями 28 и 29, а эти поршни согласно п.2 формулы изобретения установлены в цилиндрах двухстороннего действия.

В сдвоенном рабочем цилиндре впускное окно 34 расположено в цилиндре с поршнем 29, а выпускное окно 35 расположено в цилиндре с поршнем 28. Кривошип 45 поршня 28 имеет отклонение по углу поворота вала в направлении вращения от кривошипа 46 поршня 29. В результате поршень 28 опережает в своем движении поршень 29. Такое движение поршней обеспечивает опережение открытия и закрытия выпускного окна 35 по сравнению с впускным окном 34. Когда поршень 28 находится в НМТ и начинает движение вверх, выпускное окно 35 полностью открыто и происходит выпуск из полостей 30 и 31 рабочего сдвоенного цилиндра сгоревших газов. В этом положении поршня 28 поршень 29 еще не дошел до НМТ и впускное окно 34 еще не открыто. Когда поршень 28 начинает движение вверх, поршень 28 продолжает движение вниз и начинается открытие впускного окна 34, а выпускное окно 35 начинает закрываться. В этом положении поршней происходит прямоточная продувка сдвоенного рабочего цилиндра 27, т.к. свежая порция газа последовательно поступает в полость 31, а затем в полость 30. К моменту, когда выпускное окно 35 полностью закроется, начнется закрытие впускного окна 34. До закрытия впускного окна 34 продолжается наполнение цилиндра свежей порцией газа, которая поступает по каналу перепуска 41 из полостей 36 и 37 насосного цилиндра. После закрытия впускного окна 34 начинается сжатие газа в полостях 30 и 31 рабочего цилиндра. В этот момент, после закрытия выпускных 35 и впускных окон 34, как возможный вариант, непосредственно в рабочий цилиндр подается топливо путем впрыска через форсунку 47 низкого давления.

Такой вариант подачи топлива полностью исключает его возможную частичную утечку через выхлопное окно 35 в момент продувки рабочего цилиндра, когда продувка цилиндра ведется топливной смесью (карбюраторный вариант подготовки топливной смеси). При подаче топлива с использованием форсунок двухтактный двигатель по экономичности уравнивается с четырехтактным двигателем.

При подходе поршней 28 и 29 к верхней мертвой точке происходит вспышка газа или от свечи зажигания, или в результате впрыска топлива через форсунку высокого давления за счет самовоспламенения. Под действием сгоревших газов начинается рабочий ход поршней 28 и 29 до момента, когда начнет открываться выпускное окно 35. Затем процесс повторяется. Такой двигатель может быть многоцилиндровым с количеством цилиндров, кратным двум. При этом каждая пара поршней совершает движение в одном направлении.

На фиг.8 изображен двигатель, у которого цилиндры 48 имеют двухстороннее действие, т.к. с обеих сторон поршней 49 и 50 образованы рабочие полости 51, 52, 53 и 54. При этом полости 51 и 52 соединены между собой общей камерой сгорания 55, а полости 53 и 54 соединены между собой общей камерой сгорания 56. В результате полости 51 и 52 и полости 53 и 54 попарно образуют два сдвоенных рабочих цилиндра, которые работают автономно друг от друга.

В отличие от варианта двигателя, изображенного на фиг. 7, здесь отсутствуют насосные полости цилиндра, из которых газ подается в рабочие полости, а вместо насосных полостей использован внешний источник продувки в виде нагнетателя 68, который может приводиться в действие или от электромотора, или от механического привода от двигателя, или от энергии выхлопных газов (в последнем случае используется турбонагнетатель).

Сдвоенная рабочая полость над поршнями 49 и 50 имеет впускные окна 57 и выпускные окна 58, а сдвоенная рабочая полость под поршнями 49 и 50 имеет впускные окна 59 и выпускные окна 60. Газ от нагнетателя 68 по линии 69 подается с постоянным давлением к впускным окнам 57 и 59, т.е. питает оба сдвоенных рабочих цилиндра, которые каждый имеет свою свечу зажигания 61 или форсунку 62 для впрыска топлива непосредственно в цилиндр. При этом кривошип 66 поршня цилиндра с выпускными окнами 58 и 60 имеет отклонение по углу поворота вала в направлении вращения от кривошипа 67 поршня цилиндра с впускными окнами 57 и 59, что обеспечивает опережение открытия и закрытия выпускных окон по отношению к впускным окнам. Это значит, что после закрытия выпускного окна впускное окно какое-то время остается открытым и в сдвоенном рабочем цилиндре создается избыточное давление, которое создается нагнетателем, литровая производительность которого выбирается выше литровой производительности двигателя. В результате коэффициент наполнения рабочих сдвоенных цилиндров может быть получен выше 1,0, а увеличение коэффициента наполнения рабочего цилиндра при соответствующем увеличении подачи топлива пропорционально увеличивает мощность двигателя.

Принцип работы сдвоенного рабочего цилиндра в варианте двигателя на фиг. 8 не отличается от принципа работы сдвоенного рабочего цилиндра в варианте двигателя на фиг.7. Только в варианте двигателя на фиг.7 коэффициент наполнения рабочего сдвоенного цилиндра зависит от производительности насосного цилиндра, который расположен под поршнями 28 и 29.

На фиг.9 (см. приложение-перечень позиций) изображен четырехцилиндровый двигатель, который можно рассматривать как два одинаковых двухцилиндровых двигателя, каждый из которых содержит два цилиндра двухстороннего действия и пару поршней, которые по отношению друг к другу совершают встречное движение. Двигатель может быть двухцилиндровым и многоцилиндровым с количеством цилиндров, кратным двум.

Для удобства рассмотрения конструкции на фиг.9 представлен четырехцилиндровый двигатель, у которого одна пара поршней отражает одну фазу работы двигателя, а другая пара поршней по своему положению отражает другую фазу работы двигателя после поворота вала кривошипно-шатунного механизма на 180^o.

У этого двигателя при встречном движении поршней в двух цилиндрах двухстороннего действия общая камера сгорания сдвоенного рабочего цилиндра включает в себя канал 82, который соединяет между собой две полости 74 и 75 рабочих цилиндров, из которых одна расположена в цилиндре двухстороннего действия над поршнем 73, а другая в другом цилиндре двухстороннего действия расположена под поршнем 72, и у этих цилиндров с обратной стороны поршней образованы полости 76 и 77 насосных цилиндров, которые имеют каждая свой перепускной канал 86, а эти каналы на цикле продувки рабочих полостей сообщаются с полостью 74 рабочего цилиндра, которая имеет только впускные окна 83. Выпускное окно 84 имеет только полость 75 рабочего цилиндра. При таком расположении впускных 83 и выпускных окон 84 обеспечивается прямоточная продувка сдвоенного рабочего цилиндра, т.к. газ сначала поступает в полость 74, проходит по каналу 82 и попадает в полость 75 рабочего цилиндра.

Для исключения проскакивания части свежей порции газа через выпускное окно 84 кривошип поршня полости 75 рабочего цилиндра с впускным окном может быть установлен с отклонением по углу поворота вала от кривошипа полости 74 с впускными окнами 83 в направлении вращения вала. В этом случае будет обеспечено опережение открытия и закрытия выпускного окна 84 полости рабочего цилиндра по отношению к впускному окну 83 полости 74 рабочего цилиндра.

На фиг.9 показано, что при положении поршня 72 в ВМТ, а поршня 73 в НМТ закончился рабочий ход этих поршней и заканчивается продувка полостей 74 и 75 рабочего сдвоенного цилиндра. При положении поршня 72 в НМТ, а поршня 73 в ВМТ, как показано в правой части двигателя, идет заполнение полостей 76 и 77 насосных цилиндров свежей порцией газа через впускные окна 87. В это же время происходит вспышка газа в рабочих полостях 74 и 75. Начинается рабочий ход поршней 72 и 73 и одновременно начинается сжатие свежей смеси в насосных полостях 76 и 77. После подхода поршня 72 к ВМТ, а поршня 73 к НМТ рабочий процесс повторяется.

Такую схему работы поршней 72 и 73, которые имеют встречное движение, можно считать оптимальной, т.к. векторы сил, действующие на кривошипы от поршней 72 и 73, взаимно сокращаются, что позволяет максимально перевести эти силы в крутящий момент на коленвал и разгрузить его коренные подшипники. При встречном движении поршней 72 и 73 обеспечивается также уравновешивание инерционных масс двигателя, что позволяет уменьшить массу противовесов.

При сравнении новой конструкции двигателя с ближайшим прототипом [1] можно утверждать, что первый имеет преимущества, т.к. отсутствует самостоятельный отдельно стоящий насосный цилиндр, а вместо него работают цилиндры двухстороннего действия, в которых с одной стороны поршня образована полость рабочего цилиндра, а с другой стороны поршня образована полость насосного цилиндра, что позволяет уменьшить в двигателе количество кривошипов, унифицировать поршни, уменьшить массу двигателя и увеличить его мощность.

На фиг. 10 изображен двухцилиндровый двигатель, у которого цилиндры 90 имеют двухстороннее действие, рабочие полости цилиндров являются сдвоенными, а их поршни 91 и 92 взаимосвязаны, образуют неразрывную пару и совершают движение в встречном направлении. В отличие от варианта двигателя на фиг.9 у такого двигателя нет насосных полостей цилиндров, а все четыре полости 93, 94, 95 и 96, расположенные над и под поршнями 91 и 92, являются рабочими полостями цилиндров. При этом сдвоенные рабочие полости 93 и 96, а также 94 и 95 имеют одинаковый вариант соединения между собой с помощью каналов 101 и одинаковый принцип работы. Т. к. в двигателе нет специальных насосных полостей для продувки рабочих полостей цилиндров, используется отдельно стоящий нагнетатель 105, который соединен линией 106 с впускными окнами 102 рабочих сдвоенных цилиндров.

Двигатель может быть двухцилиндровым и многоцилиндровым с количеством цилиндров, кратным двум.

У двигателя на фиг. 10, как и двигателя на фиг.9, впускные окна 102 расположены в одном цилиндре, а выпускные окна 103 расположены в другом цилиндре. Это позволяет за счет отклонения кривошипа поршня 91 по углу поворота вала в направлении вращения от кривошипа поршня 92 обеспечить опережение открытия и закрытия выпускных окон 103 по отношению к впускным окнам 102.

Возможность опережения закрытия выпускных окон 103 по отношению к впускным окнам 102, а также наличие нагнетателя 105, который может иметь объемную производительность больше, чем объемная производительность на впуске рабочих двигателей, позволяет получать коэффициент заполнения рабочих цилиндров выше единицы за счет создания в рабочих цилиндрах избыточного давления (выше атмосферного).

Все эти факторы, а также большее количество рабочих полостей цилиндров позволяет значительно увеличить удельную литровую мощность двигателя.

Принцип работы сдвоенных рабочих полостей 93 и 96, 94 и 95 у двигателя на фиг. 10 такой же, как работа сдвоенных рабочих полостей 74 и 75 у двигателе на фиг.9.

Проведенный анализ конструкций двигателя на фиг.7-10 показывает, что все варианты двигателя имеют общие отличительные признаки: - поршни сдвоенного рабочего цилиндра установлены в цилиндрах двухстороннего действия; - поршни имеют штоки для связи с кривошипами; - кривошипы имеют отклонение между собой по углу поворота вала и обеспечивают движение поршней в одном или встречном направлении; - впускные окна рабочих цилиндров соединены с источником продувки, например, с насосными цилиндрами или с нагнетателем.

Вариант 3 (п.3 формулы) В качестве ближайшего прототипа для двигателя по варианту 3 может рассматриваться конструкция двигателя по патенту США [2].

Недостатком прототипа является наличие самостоятельного насосного цилиндра, предназначенного только для продувки рабочего цилиндра, что снижает удельную литровую мощность двухтактного двигателя. Такой двигатель так же, как и заявляемая конструкция по варианту 3, содержит рабочий и насосный цилиндры с впускными и выпускными окнами, у которых выпускное окно насосного цилиндра соединено перепускным каналом с впускным окном рабочего цилиндра.

Задачей изобретения является увеличение удельной литровой мощности двигателя, для чего необходимо при работе двигателя на номинальном и форсированном режиме мощности использовать насосный цилиндр в качестве рабочего цилиндра.

Это достигается тем, что к перепускному каналу подключен внешний источник продувки, а насосный цилиндр снабжен свечой зажигания или форсункой для впрыска топлива и распределительным клапаном для перекрытия выпускного окна насосного цилиндра.

Изложенная сущность исполнения по варианту 3 поясняется на фиг.11-14, которые имеют следующий перечень позиций: 107 - рабочий цилиндр; 108 - впускные окна цилиндра 107; 109 - выпускные окна цилиндра 107; 110 - поршень цилиндра 107; 111 - кривошип поршня 110; 112 - кольцевая канавка на цилиндрической стенке поршня; 113 - нижняя боковая стенка канавки; 114 - верхняя боковая стенка канавки; 115 - верхний торец днища поршня; 116 - верхняя кромка впускного окна; 117 - наружный цилиндрический край верхней боковой стенки канавки; 118 - цилиндрическая образующая зеркала цилиндра; 119 - диффузор, выполненный в виде зазора между цилиндрическим краем верхней боковой стенки 114 канавки 112 и зеркалом цилиндра 118; 120 - верхняя кромка выпускного окна; 121 - полость рабочего цилиндра 107; 122 - углубление канала в днище поршня; 123 - цилиндр двойного назначения (насосный или рабочий) 124 - впускное окно насосного цилиндра; 125 - выпускное окно насосного цилиндра; 126 - поршень двойного назначения (рабочего или насосного цилиндра); 127 - кривошип поршня 126; 128 - клапан двухпозиционный (распределительный клапан); 129 - перепускной канал из насосного цилиндра в рабочий цилиндр; 130 - свеча зажигания; 131 - форсунка низкого или высокого давления; 132 - маслозаполненный картер механизма движения; 133 - внешний источник наддува, например турбонагнетатель; 134 - канал подвода газа от турбонагнетателя к рабочим цилиндрам; На фиг. 13: 135 - сдвоенный рабочий цилиндр; 136 - впускное окно цилиндра 135; 137 - выпускное окно цилиндра 135; 138 - цилиндр с выпускным окном 137; 139 - цилиндр с впускным окном 136; 140 - поршень цилиндра 138; 141 - поршень цилиндра 139; 142 - общая камера сгорания цилиндра 135; 143 - свеча зажигания или форсунка цилиндра 135; 144 - кривошип поршня 140; 145 - кривошип поршня 141; 146 - внешний источник продувки рабочих цилиндров, например турбонагнетатель; 147 - канал, соединяющий турбонагнетатель 146 с впускным окном 136; 148 - отсечной клапан; 149 - сдвоенный цилиндр двойного назначения (рабочий и насосный); 150 - поршни цилиндра 149; 151 - окно двойного назначения (впускное - насосного цилиндра и выпускное - рабочего цилиндра); 152 - выпускное окно насосного цилиндра; 153 - свеча зажигания или форсунка цилиндра 149; 154 - перепускной канал; На фиг. 14: 155 - сдвоенный рабочий цилиндр; 156 - впускное окно цилиндра 155; 157 - выпускное окно цилиндра 155; 158 - цилиндр с выпускным окном 157; 159 - цилиндр с впускным окном 156; 160 - поршень цилиндра 158; 161 - поршень цилиндра 159; 162 - общая камера сгорания цилиндра 155; 163 - свеча зажигания, форсунка низкого или высокого давления; 164 - кривошип поршня 160; 165 - кривошип поршня 161; 166 - внешний источник продувки рабочих цилиндров, например турбонагнетатель; 167 - канал, соединяющий турбонагнетатель и насосный цилиндр 172 с впускным окном 156; 168 - отсечной клапан (распределительный клапан); 169 - самодействующий нагнетательный клапан; 170 - демпферная камера; 171 - обратный клапан; 172 - сдвоенный цилиндр двойного назначения (рабочий или насосный); 173 - поршни цилиндра 172; 174 - окно двойного назначения (впускное - насосного цилиндра или выпускное - рабочего цилиндра); 175 - выпускное окно насосного цилиндра.

На фиг. 11 изображен двигатель, содержащий рабочий цилиндр 107 и насосный цилиндр 123. Выпускное окно 125 насосного цилиндра с помощью перепускного канала 129 соединено с впускным окном 108 цилиндра 107. Насосный цилиндр 123 дополнительно снабжен свечой зажигания 130 или форсункой 131 для впрыска топлива. Возможен вариант, когда цилиндр 123 снабжен свечой зажигания 130 и форсункой 131 низкого давления для впрыска топлива в цилиндр в начале такта сжатия после закрытия выпускного окна 109. Для перекрытия выпускного окна 125 в начале перепускного канала 129 установлен распределительный двухпозиционный клапан 128.

В таком варианте цилиндр 123 получает двойное назначение, т.к. при открытии выпускного окна 125 может работать как насосный цилиндр, от которого газ по перепускному каналу 129 подается к впускному окну 108 рабочего цилиндра 107, а при установке р