Двухтактный двигатель с кривошипно-камерной продувкой и впрыском топлива

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Кузнецов Евгений Владимирович Лесковец Игорь Вадимович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Двухтактный двигатель с кривошипно-камерной продувкой и впрыском топлива, содержащий кривошипно-шатунный механизм, золотниковый газораспределительный механизм, системы охлаждения, зажигания и запуска, а в системе питания топливный бак,воздушный фильтр и глушитель, отличающийся тем, что система питания имеет топливный насос, кинематически связанный и синхронизированный с коленчатым валом, и форсунку, которые подают топливо непосредственно в цилиндр.(56) 1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей Учебник / Под редакцией А.С. Орлина и М.Г. Круглова. - М. Машиностроение, 1990. - 288 с ил., С. 13-22, 140-151. 2. Попык К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. М. Высшая школа, 1968. - 384 с ил., С. 318. 29912006.08.30 Полезная модель относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси. Известны четырехтактные двигатели с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси с помощью системы зажигания и с подачей топлива (бензина, спирта и т.п.) через форсунку(и) либо во впускную трубу, либо непосредственно в цилиндр. Такие моторы по сравнению с карбюраторными позволяют значительно улучшить мощностные и экономические характеристики 1, 2. Эти двигатели имеет следующие недостатки 1) наличие довольно сложного и дорогостоящего клапанного газораспределительного механизма 2) худшие массовые и габаритные показатели (удельная массовая мощность, удельная литровая мощность) по сравнению с двухтактными моторами той же мощности 3) большую неравномерность крутящего момента по сравнению с двухтактными двигателями. Наиболее близким мотором является двухтактный карбюраторный с кривошипнокамерной продувкой. Он имеет следующие основные элементы неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) картер с опорами (подшипниками) коленчатого вала, цилиндр с впускным, выпускным и продувочными окнами, составляющими вместе с поршнем золотниковый газораспределительный механизм, головка (крышка) цилиндра подвижные детали кривошипно-шатунного механизма коленчатый вал, шатун с подшипниками, поршень с поршневыми кольцами и пальцем систему питания топливный бак,карбюратор, воздушный фильтр, глушитель систему зажигания систему охлаждения систему запуска 1. Однако данным двигателям свойственны 1) низкая топливная экономичность (примерно в два раза хуже, чем у четырехтактных ДВС с впрыском), что связано с продувкой цилиндра от отработавших газов топливовоздушной смесью и, как следствие, с потерями топлива через выпускную трубу 2) высокая токсичность отработавших газов, что связано с большим количеством остаточных газов и наличием в горючей смеси моторного масла,добавляемого в топливо для смазки пар трения. Задачей настоящей полезной модели является улучшение топливной экономичности и снижение токсичности двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой за счет подачи топлива непосредственно в цилиндр в конце продувки. Указанные задачи достигаются тем, что в двухтактном двигателе с кривошипнокамерной продувкой, содержащем кривошипно-шатунный механизм, золотниковый газораспределительный механизм, системы охлаждения, зажигания и запуска, а в системе питания топливный бак, воздушный фильтр и глушитель, согласно полезной модели,система питания имеет топливный насос, кинематически связанный и синхронизированный с коленчатым валом, и форсунку, которые подают топливо непосредственно в цилиндр. Достижение задач обеспечивается за счет применения непосредственного впрыска топлива в цилиндр в конце процесса продувки и начале сжатия, то есть без потерь топлива при продувке цилиндра, которая в данном случае осуществляется воздухом. В отличие от дизеля, где топливо подается в цилиндр в конце такта сжатия, то есть при высоком давлении, в предлагаемом двигателе с принудительным воспламенением отсутствует необходимость в топливном насосе высокого давления (ТНВД) и в форсунке(ах) закрытого типа,что существенно (примерно на два порядка) уменьшает стоимость топливной аппаратуры за счет отсутствия прецизионных деталей. Смазка трущихся пар КШМ осуществляется разбрызгиванием масла, заливаемого в картер, как в четырехтактных ДВС. За счет продувки цилиндра воздухом, а не топливо-масло-воздушной смесью, как в двухтактных карбюраторных ДВС, можно выбрать такие параметры этого процесса, которые существенно уменьшат количество остаточных газов, что улучшит процесс сгорания и уменьшит концентрации токсичных компонентов в отработавших газах. Сущность полезной модели поясняется рисунком. 2 29912006.08.30 На фигуре приведена функциональная схема двухтактного двигателя с кривошипнокамерной петлевой продувкой и системой подачи топлива в цилиндр. Двигатель содержит кривошипно-шатунный механизм с поршнем 1, в цилиндре КШМ есть продувочные окна 2, выпускное окно 3 и впускное окно (на рисунке не показано, которое расположено против и ниже выпускного) систему подачи топлива с форсункой 4, нагнетательным клапаном 5, топливным насосом 6, фильтром 7, топливным баком 8 и соединительными трубопроводами системы охлаждения, запуска и зажигания. Двигатель работает согласно рабочему циклу двухтактного ДВС с кривошипнокамерной продувкой, а именно при движении от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней(НМТ) осуществляется расширение горючих газов и преобразование их энергии в механическую работу, то есть в перемещение поршня (первый такт расширение). Когда верхняя кромка поршня 1 откроет выпускное окно 3, начинается выпуск отработавших газов в атмосферу за счет их избыточного давления. Затем нижняя кромка поршня закрывает впускное окно цилиндра. При этом картер становится изолирован от атмосферы и при дальнейшем движении поршня вниз к НМТ в нем создается избыточное давление воздуха. Затем верхняя кромка поршня открывает продувочные окна 2, через которые цилиндр соединяется с картером. При этом свежий заряд из картера поступает в цилиндр и вытесняет остатки отработавших газов. При движении поршня от НМТ к ВМТ (второй такт - сжатие) сначала (пока открыты выпускное и продувочные окна) заканчивается процесс продувки. Как только поршень 1 закроет продувочные 2 и выпускное 3 окна, система подачи топлива с помощью синхронизированного с КШМ топливного насоса 6, забрав топливо из бака 8, прокачав его через фильтр 7, подает через регулируемый нагнетательный клапан 5 и форсунку 4 в цилиндр. При дальнейшем движении поршня к ВМТ его нижняя кромка открывает впускное окно в картер и осуществляет засасывание туда воздуха для следующего цикла. В это время в цилиндре происходят сжатие и перемешивание топлива и воздуха, что создает благоприятные условия для быстрого (взрывного) сгорания. При подходе поршня к ВМТ посредством системы зажигания осуществляется воспламенение топливовоздушной смеси. Осуществляя подачу топлива в изолированный от внешней среды цилиндр, исключается потеря топлива через выпускное окно, чем обеспечивается улучшение топливной экономичности. Выбрав наилучшее соотношение объемов цилиндра и кривошипной камеры(картера), а также размеров продувочных и выпускного окон, обеспечивается наилучшая продувка (очистка) цилиндра от отработавших газов, чем обеспечивается улучшение качества процесса горения, а значит, и уменьшение токсичности отработавших газов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3