Способ повышения эффективности газообмена двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой

Способ повышения эффективности газообмена двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с кривошипно-камерными нагнетателями (ДДВС).

Известен способ повышения эффективности газообмена в двигателе внутреннего сгорания (патент RU №2228449, кл. F02B 33/30, F01L 7/12 2003). Недостатком способа является сложная кинематическая схема двигателя.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ работы четырехтактного двигателя, разделенного на секции по два цилиндра с синхронным движением поршней в каждой секции, путем всасывания в картер воздуха в объеме двух цилиндров при движении поршней от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке и подачи под давлением воздуха из картера в один цилиндр при движении поршней от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, а также картер многоцилиндрового двигателя, разделенный на герметичные секции по два цилиндра с синхронно движущимися в каждой секции поршнями, причем в каждой секции создаются перепады давления воздуха, используемые для наддува (заявка ФРГ 3315853, опуб. 31.10.1984). Недостатком указанного технического решения является неприменимость для ДДВС.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, - улучшение показателей двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерными нагнетателями путем совершенствования процесса газообмена.

В двухтактном двигателе очистка производится свежей смесью, предварительно сжатой в картере, при открытых продувочных и выхлопных окнах, т.е. продувка и выпуск происходят одновременно. При больших конструктивных преимуществах такая система очистки имеет и свои минусы: свежая смесь частью смешивается с остатками продуктов сгорания, а частью вылетает в выпускную систему, кроме того, при движении поршня из нижней мертвой точки к выхлопному окну объем картера увеличивается, что приводит к падению давления рабочей смеси. Свести к минимуму эти нежелательные явления при наилучшей очистке цилиндра от остаточных продуктов сгорания - этим определяется выбор системы продувки.

Рабочий процесс (РП) в двигателе ДДВС протекает в следующем порядке. При движении поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) в картере создается разрежение, благодаря чему рабочая смесь засасывается в полость картера. При движении поршня в нижнюю мертвую точку (НМТ) смесь в картере сначала сжимается, а затем перепускается в камеру сгорания. При следующем ходе поршня вверх, который происходит под действием сил инерции масс вращающихся деталей, находящихся на валу мотора, рабочая смесь в цилиндре сжимается.

Одновременно происходит всасывание в картер новой порции рабочей смеси. При положении поршня, близком к ВМТ, под воздействием сжатия, нагрева газов или искре рабочая смесь воспламеняется, образуя газы, которые начинают давить на поршень. Под действием этих сил поршень перемещается вниз. При движении поршня вниз открывается выхлопное окно или клапан (ВО), и газы устремляются наружу. Давление в цилиндре падает почти до атмосферного. Перемещаясь далее вниз, поршень открывает продувочное окно или клапан (ПО), и горючая смесь поступает в цилиндр (фаза продувки). Происходит продувка, затем сжатие, и цикл повторяется. Положительным направлением вращения коленчатого вала и протекания РП принимаем следующую последовательность процессов в цилиндре ВМТ→ВО→ПО→НМТ→ПО или ПО и ВО, или ВО→ВО, или ПО→ВМТ, соответствующую повороту коленчатого вала на 360 градусов.

Предлагается РП в многоцилиндровом ДДВС, состоящем из N>2 групп цилиндров (группа включает в себя один или более цилиндров РП, в которых синфазны), согласно которому РП в 1-ой группе цилиндров опережает РП во 2-ой группе цилиндров на угол ϕ=360/N, при этом РП в 1-ой группе цилиндров опережает РП в 3-ей группе цилиндров на угол 2ϕ в том же направлении, что и между 1-ой группой цилиндров и 2-ой группой цилиндров, т.е. РП в 1-ой группе цилиндров сдвинут относительно РП в N-ой группе цилиндров на угол (N-1)·ϕ, за счет движения поршня из НМТ в ВМТ в картере создается разрежение, за счет чего засасывают в полость картера рабочую смесь, которую затем при движении поршня из ВМТ в НМТ смесь в картере частично сжимают (фаза компрессии), а затем перепускают в камеру сгорания группы цилиндров, рабочий процесс в которой находится в фазе продувки цилиндров, начинается фаза продувки РП, где при ходе поршня из НМТ к ВМТ рабочую смесь сжимают, одновременно происходит всасывание в картер новой порции рабочей смеси, а при положении поршня, близком к ВМТ, воспламеняют, обеспечивая движение поршня к НМТ, в процессе которого сначала открывают выхлопное окно или клапан, а затем - продувочное окно или клапан, рабочая смесь из картера группы цилиндров, РП которых находится в фазе компрессии, перепускают в цилиндры группы цилиндров, РП которых находится в фазе продувки. Происходит перепуск и продувка, затем сжатие, и РП повторяется.

Предлагаемый РП рассмотрим на примере работы четырехцилиндрового ДДВС. Формируем четыре группы цилиндров по одному цилиндру в каждой группе. РП в 1-ой группе цилиндров опережает РП во 2-ой группе цилиндров на угол 90 градусов, РП в 3-ей группе цилиндров - на угол 180 градусов, в 4-ой группе цилиндров - на угол 270 градусов. РП во 2-ой группе цилиндров опережает РП в 3-ей группе цилиндров на угол 90 градусов, в 4-ой группе цилиндров - на угол 180 и отстает от РП в 1-ой группе цилиндров на угол 90 градусов. РП в 3-ей группе цилиндров опережает РП в 4-ой группе цилиндров на угол 90 градусов и отстает от РП во 2-ой группе цилиндров на угол 90 градусов, РП в 1-ой группе цилиндров - на угол 180 градусов. РП в 4-ой группе цилиндров отстает от РП в 3-ей группе цилиндров на угол 90 градусов, РП во 2-ой группе цилиндров - на угол 180 градусов, РП в 1-ой группе цилиндров - на угол 270 градусов.

РП для 1-го цилиндра состоит в следующем: при движении поршня 1-го цилиндра из НМТ в ВМТ в картере 1-го цилиндра создают разрежение, за счет чего засасывают в полость картера 1-го цилиндра рабочую смесь, которую затем при движении поршня 1-го цилиндра из ВМТ в НМТ смесь в картере частично сжимают до открытия ПО в 4-ом цилиндре (фаза компрессии), а затем перепускают в камеру сгорания 4-го цилиндра, начинается фаза продувки РП, где при ходе поршня 1-го цилиндра из НМТ к ВМТ рабочую смесь сжимают, одновременно происходит всасывание в картер 1-го цилиндра новой порции рабочей смеси, а при положении поршня 1-го цилиндра, близком к ВМТ, воспламеняют, обеспечивая движение поршня к НМТ, в процессе которого сначала открывают выхлопное окно или клапан, а затем продувочное окно или клапан 1-го цилиндра, и рабочая смесь из картера 2-го цилиндра поступает в камеру сгорания 1-го цилиндра. Происходит перепуск и продувка, затем сжатие рабочей смеси, и рабочий процесс 1-го цилиндра повторяется.

Рабочий процесс для 2-го цилиндра аналогичен рабочему процессу для 1-го цилиндра, только нужно в описании рабочего процесса для 1-го цилиндра заменить 1-ый цилиндр на 2-ой, 4-ый на 1-ый и 2-ой на 3-ий.

Рабочий процесс для 3-го цилиндра аналогичен рабочему процессу для 1-го цилиндра, только нужно в описании рабочего процесса для 1-го цилиндра заменить 1-ый цилиндр на 3-ий, 4-ый на 2-ой и 2-ой на 4-ый.

Рабочий процесс для 4-го цилиндра аналогичен рабочему процессу для 1-го цилиндра, только нужно в описании рабочего процесса для 1-го цилиндра заменить 1-ый цилиндр на 4-ый, 4-ый на 3-ий и 2-ой на 1-ый.

При движении поршня из НМТ в ВМТ в картере создается разрежение, благодаря чему рабочую смесь засасывают в полость картера. При движении поршня из ВМТ в НМТ рабочую смесь в картере частично сжимают, а затем перепускают в камеры сгорания группы цилиндров, в которых РП находится в фазе продувки. При ходе поршня из НМТ в ВМТ рабочую смесь в цилиндре сжимают. Одновременно происходит всасывание в картер новой порции рабочей смеси. При положении поршня, близком к ВМТ, рабочая смесь воспламеняется, обеспечивая движение поршня к НМТ, в процессе которого сначала открывают выхлопное окно или клапан, а затем продувочное окно или клапан. Происходит перепуск и продувка, затем сжатие, и РП повторяется.

Предлагаемый РП уменьшает затраты энергии на продувку цилиндра и более полное наполнение его рабочей смесью.

На чертеже изображен график перемещения поршней в группах цилиндров, где

1, 2, 3, 4 - перемещение поршней соответственно в 1-ой, 2-ой, ..., N-ой группах цилиндров,

5, 6, 7, 8 - ВМТ соответственно в 1-ой, 2-ой, ..., N-ой группах цилиндров,

9, 10, 11, 12 - НМТ соответственно в 1-ой, 2-ой, ..., N-ой группах цилиндров,

13 - точка открытия ПО в 1-ой группе цилиндров,

14 - точка закрытия ПО в 1-ой группе цилиндров,

15 - точка открытия ВО в 1-ой группе цилиндров,

16 - точка закрытия ВО в 1-ой группе цилиндров.

Способ повышения эффективности газообмена двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, состоящего из N>2 групп цилиндров, согласно которому рабочий процесс в 1-й группе цилиндров опережает рабочий процесс во 2-й группе цилиндров на угол ϕ=360/N, при этом рабочий процесс в 1-й группе цилиндров опережает рабочий процесс в 3-й группе цилиндров на угол 2ϕ в том же направлении, что и между 1-й группой цилиндров и 2-й группой цилиндров, т.е. рабочий процесс в 1-й группе цилиндров сдвинут относительно рабочего процесса в N-й группе цилиндров на угол (N-1)·ϕ, за счет движения поршня из НМТ в ВМТ в картере создается разрежение, за счет чего засасывают в полость картера рабочую смесь, которую затем при движении поршня из ВМТ в НМТ сначала сжимают в картере, а затем при открытом продувочном окне или клапане перепускают в камеру сгорания, где при ходе поршня из НМТ к ВМТ рабочую смесь сжимают, а при положении поршня, близком к ВМТ, воспламеняют, обеспечивая движение поршня к НМТ, в процессе которого сначала открывают выхлопное окно или клапан, а затем продувочное окно или клапан, отличающийся тем, что при движении поршней в 1-й, 2-й, ..., N-й группе цилиндров из ВМТ в НМТ смесь в картере соответственно в 1-й, 2-й, ..., N-й группы цилиндров частично сжимают, а затем перепускают в камеру сгорания соответственно в N-й, 1-й, ..., (N-1)-й группы цилиндров, рабочий процесс в которой находится в фазе продувки цилиндров.