Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что продувочные окна состоят из двух отдельных групп, причем первая группа продувочных окон сообщена с кривошипной камерой первого цилиндра, выполненной изолированной от кривошипной Камеры второго цилиндра, а вторая группа продувочных окон посредством трубопроводов, взаимодействующих с кривошипом второго цилиндра, соединена с кривошипной камерой второго цилиндра, при этом во впускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, а впускной канал первого цилиндра соединен непосредственно с воздухоочистителем.Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания.Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала,поршни, кинематически связанные с коленчатым валом и образующие камеру сжатия в первом цилиндре, свечу зажигания, установленную в этой камере, впускные, продувочные и выпускные каналы каждого цилиндра и карбюратор, установленный во впускном канале первого цилиндра и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха от 0,75 до 1,2, при этом двигатель снабжен изолированными и подключенными к продувочным каналам кривошипными камерами для каждого цилиндра, во впускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси с ос 0,75,второй цилиндр выполнен с камерой сжатия, большей по объему, чем камера сжатия первого цилиндра, свеча зажигания установлена в зоне, примыкающей к соединительному каналу, площадь сечения последнего выполнена равной 4-10 от площади днища поршня, и коленчатый вал выполнен с возможностью синхронного движения поршней, причем объем камеры сжатия первого цилиндра выполнен равным 6-20 от объема камеры сжатия второго цилиндра, а выходные сечения выпускных каналов в цилиндрах выполнены разной высоты, при этом высота выходного сечения выпускного канала второго цилиндра превышает высоту выходного сечения выпускного канала первого цилиндра на 1 О-2 О,преимущественно на 12-18, поворота коленчатого вала 1.Двигатель работает следующим образом. Раздельное питание цилиндров от карбюраторов, а также наличие самостоятельных кривошипных камер, впускных, продувочных и выпускных каналов позволяют создать при синхронном движении поршней к верхней мертвой точке независимый состав зарядов в цилиндрах. Это создает благоприятные условия для зажигания смеси от искры, так как в камере сжатия, где установлена свеча, находится смесь с коэффициентом избытка воздуха ос от 0,75 до 1,2. После воспламенения заряда от свечи горящие газы в виде факела выбрасываются во вторую камеру сжатия, где находится более бедная смесь, и поджигают ее. Таким образом, изобретение позволяет работать двигателю на более бедной смеси. Однако при работе на номинальной нагрузке неизбежна утечка части рабочего заряда при продувке цилиндра утечка может достигнуть 25 . Это приводит к высокой токсичности отработавших газов и низкой экономичности. Основной причиной утечки свежего заряда является использование в двигателе поперечно-щелевой продувки, при которой после закрытия продувочных окон часть рабочего заряда выталкивается поршнем через открытые выпускные окна.Исходя из изложенного, определилась главная причина чрезмерного перерасхода топлива - это утечка его в процессе продувки.Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания транспортного средства ВНИП-16, содержащий, по меньшей мере, пару цилиндров с продувочными, впускными и выпускными окнами, соединенными между собой перепускным клапаном, имеющим воздухозаборник и выпускной патрубок 2. В цилиндрах поочередно происходит выпуск скоростного потока отработавших газов, при этом воздух непрерывно перетекает по пере 2пускному каналу поочередно в Каждый цилиндр через первые впускные окна в момент завершения процесса наполнения. Применение в двигателе, по меньшей мере, пары цилиндров позволяет при работе с полной нагрузкой увеличить удельную мощность двигателя.В двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, одну пару цилиндров, сообщенных между собой общей камерой сжатия, поршни, кинематически связанные с кривошипами, смещенными по фазе вращения на угол 10-30 и установленными в сообщенных между собой кривошипных камерах. Каждая пара сообщенных цилиндров снабжена впускными и выпускными окнами, расположенными в первом цилиндре, впускными и продувочными окнами, расположенными во втором цилиндре, причем поршень первого цилиндра кинематически связан с опережающим по фазе вращения кривошипом, а высота выпускных окон превышает высоту продувочных окон на 5-20 поворота кривошипа 3. Смещение кривошипов по фазе вращения на угол 10-30 позволяет раньше открыть и раньше закрыть выпускные окна относительно продувочных, увеличить величину рабочего заряда и мощность двигателя. Свежая горючая смесь, поступая во второй цилиндр, вытесняет отработавшие газы, уходящие через выпускные окна первого цилиндра, не смешиваясь с ними. Поэтому возможность выброса свежей смеси с отработавшими газами уменьшается. Наилучшая экономичность двигателя достигается при работе с полной нагрузкой. Однако при использовании двигателя на легких транспортных средствах,максимальная мощность необходима только при разгоне или крутых подъемах, что составляет 10-20 от всего времени эксплуатации. При работе известного двигателя с частичной нагрузкой, ухудшается продувка цилиндра, увеличивается количество остаточных газов в рабочей смеси. Такая рабочая смесь плохо воспламеняется, и продолжительность ее горения возрастает, появляются пропуски вспышек, что приводит к высокой токсичности отработавших газов и повышенному расходу топлива. Вместе с тем при работе двигателя с полной нагрузкой давление отработавших газов в конце рабочего хода в момент открытия выпускных окон составляет 0,3-0,6 МПа, и их выпуск сопровождается характерным звуковым эффектом, для гашения которого двигатель оборудуется глушителем. При этом, потенциально, отработавшие газы обладают значительной энергией, которая может быть преобразована в полезную механическую работу.Задачей изобретения является повышение экономичности двухтактного двигателя и снижение газодинамических шумов в процессе выпуска за счет увеличения степени расширения рабочих газов.Указанные технические задачи решаются тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, одну пару сообщенных между собой общей камерой сжатия цилиндров с выполненными в них впускными и продувочными окнами с каналами, а также выпускными окнами с каналами, выполненными только в одном из цилиндров, поршни, кинематически связанные со смещенными по фазе вращения на угол 1030 кривошипами двух коленчатых валов, связанных между собой синхронизирующей передачей с передаточным отношением 11, продувочные окна выполнены только в первом цилиндре с поршнем, кинематически связанным с опережающим по фазе вращения кривошипом, а выпускные окна выполнены во втором цилиндре, при этом рабочий объем второго цилиндра составляет 50-100 , преимущественно 70-85 , от рабочего объема первого цилиндра. Продувочные окна состоят из двух отдельных групп, причем первая группа продувочных окон сообщена с кривошипной камерой первого цилиндра, вь 1 полненной изолированной от кривошипной камеры второго цилиндра, а вторая группа продувочных окон посредством трубопроводов, взаимодействующих с кривошипом второго цилиндра, соединена с кривошипной камерой второго цилиндра, при этом во впускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, а впускной канал первого цилиндра соединен непосредственно с воздухоочистителем.Техническим результатом при использовании предложенных решений является увеличение полезной работы от расширения рабочих газов в двухтактном двигателе и повь 1 В 010105 С 12007.12.30шение его КПД, что позволит разработать экономичные, экологически безопасные, бесшумные и простые в эксплуатации двухтактные двигатели, предназначенные в основном для легких транспортных средств и другой мототехники.На фиг. 1, 2, 3 представлены основные схемы предлагаемого двигателя фиг. 1 - с общим прямым цилиндром, встречно движущимися поршнями и карбюратором, фиг. 2 - с Лобразным цилиндром и впрыскиванием легкого топлива, фиг. 3 - с одним цилиндром и прямоточной продувкой от продувочного насоса.Двигатель (фиг. 1-3) содержит, по меньшей мере, одну пару цилиндров 1 и 2, сообщенных между собой общей камерой сжатия 3, поршни 4 и 5, кинематически связанные со смещенными по фазе вращения на угол у равный 1 О-3 О, кривошипами 6 и 7 двух коленчатых валов, связанных между собой синхронизирующей передачей 8 с передаточным отношением 11. Рабочий объем второго цилиндра 2 выполняется меньше рабочего объема первого цилиндра 1 и составляет 70-85 от рабочего объема первого цилиндра. При равных диаметрах цилиндров 1 и 2 кривошип второго цилиндра 7 меньше кривошипа первого цилиндра 6 (фиг. 3). Продувочные окна 9 и 10 расположены в цилиндре 1 с поршнем,кинематически связанным с опережающим по фазе вращения кривошипом 6, причем первая группа продувочных окон 9 сообщена с кривошипной камерой 11, а вторая группа продувочных окон 10 посредством трубопроводов 12, взаимодействующих с кривошипом 7, соединяется во время продувки с кривошипной камерой 13, при этом высота продувочных окон 9 превышает высоту продувочных окон 10 на 5-2 О поворота кривошипа, а кривошипные камеры 11 и 13 выполнены изолированными. Выпускные окна 14 выполнены только в цилиндре 2. Во впускном канале второго цилиндра 2 установлен карбюратор 17, а впускной канал первого цилиндра 1 соединен непосредственно с воздухоочистителем 18. При работе предлагаемого двигателя с системой впрыскивания легкого топлива подача последнего осуществляется через электромагнитную форсунку 19 (фиг. 2). В двигателях большой мощности продувка цилиндров осуществляется продувочным насосом 20 (фиг. 3).Двигатель (фиг. 1) работает следующим образом. При запуске двигателя, во время синхронного движения поршней 4 и 5 к верхней мертвой точке, объем пространства, заключенного между днищем поршня и картером, увеличивается и в кривошипных камерах 11 и 13 создается разряжение. После открытия впускных окон 15 и 16 кривошипная камера 11 заполняется чистым воздухом, а кривошипная камера 13 - горючей смесью необходимого состава в зависимости от развиваемой мощности. При обратном движении поршней 4 и 5 к нижней мертвой точке впускные окна 15 и 16 закроются, и в кривошипных камерах 11 и 13 произойдет сжатие, а когда поршень 4 откроет первую группу продувочных окон 9, начнется продувка цилиндров чистым воздухом, находящимся в кривошипной камере 11. Остатки отработавших газов вытесняются через открытые окна 14, а цилиндры заполнятся чистым воздухом. Во время продувки цилиндров чистым воздухом отверстия трубопроводов 12 закрыты кривошипом 7, а горючая смесь остается в кривошипной камере 13. Затем, при приближении поршня 4 к нижней мертвой точке, кривошип 7, взаимодействуя с трубопроводами 12, откроет их, и цилиндр 1 соединится с кривошипной камерой 13. Горючая смесь из кривошипной камеры 13 устремится в цилиндр 1, заполняя его и вытесняя остатки отработавших газов в открытое выпускное окно 14. После прохождения поршнем 4 нижней мертвой точки и движении его вверх первыми закроются продувочные окна 9 и 10,а выпускное окно 14, за счет смещения кривошипов 6 и 7 по фазе вращения, будет оставаться открытым. В это время продувочный воздух, смешанный с остаточными отработавшими газами, из цилиндра 2 вытесняется в глушитель.Следовательно, в процессе продувки обеспечивается полная очистка цилиндров от отработавших газов и исключается возможность прямого выброса горючей смеси в вь 1 пускные окна. Процесс продувки закончится, когда поршень 5 закроет выпускные окна 14 и в цилиндрах 1 и 2 начнется сжатие рабочего заряда. Необходимо отметить, что полная очистка цилиндров от отработавших газов позволяет на всех режимах работы двигателя обеспе 4чить полноту сгорания топлива до конечных, безвредных для окружающей среды, продуктов сгорания. Момент закрытия выпускных окон 14 И объем рабочего заряда цикла определяются величиной угла смещения кривошипов 6 и 7 по фазе вращения, высотой выпускных окон и соотношением рабочих объемов цилиндров 1 и 2. При движении поршней 4 и 5 к верхней мертвой точке рабочий заряд сжимается в камере сжатия 3 с оптимальными параметрами, позволяющими получить наибольшую степень сжатия и избежать детонации. Одновременно горючая смесь из карбюратора 17 через открывшиеся впускные окна 16 поступит в кривошипную камеру 13, а чистый воздух - в камеру 11. Рабочий заряд поджигается в момент, когда поршень 4 приблизится к верхней мертвой точке. Поршень 4, пройдя верхнюю мертвую точку, начинает движение к нижней мертвой точке,а поршень 5 в это время все еще движется к верхней мертвой точке. Камера сгорания некоторое время сохраняет постоянный объем, что способствует полному сгоранию топлива и повышению среднего индикаторного давления. Далее объем камеры сгорания увеличивается и в двигателе начинается процесс расширения, или рабочий ход. Затем, при движении поршня 5 к нижней мертвой точке, он своей верхней кромкой открывает выпускные окна 14, и отработавшие газы выбрасываются в глушитель. Давление в цилиндрах 1 и 2 падает до атмосферного, а поршень 4 открывает продувочные окна 9 и 10. Вновь начинается процесс продувки, сжатия, горения и расширения. Цикл повторяется - двигатель работает. При этом геометрический объем рабочего пространства цилиндров и камеры сжатия в момент закрытия выпускных окон может быть в два и более раза меньше полезного объема цилиндров и камеры сжатия в момент открытия выпускных окон. Следовательно, и объем рабочего заряда в момент закрытия выпускных окон соответственно меньше объема, занимаемого отработавшими газами в момент открытия выпускных окон. В результате действительная степень сжатия меньше за степень расширения рабочих газов,что позволяет получить дополнительную полезную работу от расширения рабочих газов. Степень расширения рабочих газов в предлагаемом двигателе зависит от величины смещения кривошипов 6 и 7 по фазе вращения, соотношения рабочих объемов цилиндров и высоты выпускных и продувочных окон. Наилучшая экономичность достигается при давлении рабочих газов в момент открытия выпускных окон, равном 0,15-0,3 МПа на номинальной мощности двигателя. Выпуск отработавших газов под таким давлением не сопровождается резкими хлопками. Газодинамический шум в процессе выпуска уменьшается и для его гашения достаточно простейшего глушителя. Применение в предлагаемом двигателе системы впрыска топлива (фиг. 2, 3) упрощает процесс продувки цилиндров и повышает эффективность использования данного изобретения.Таким образом, предлагаемая синхронная работа пары цилиндров, сообщенных общей камерой сжатия со смещенными по фазе вращения кривошипами и степенью расширения рабочих газов большую за действительную степень сжатия рабочего заряда получаемую,за счет расположения продувочных и выпускных окон позволяет исключить утечку рабочего заряда в процессе продувки, увеличить полезную работу от расширения рабочих газов и снизить газодинамический шум в процессе выпуска. Вместе с тем, предлагаемое решение обеспечивает в широком диапазоне изменения нагрузок значительно уменьшить вредное воздействие на окружающую среду за счет улучшения процесса сгорания топлива и вследствие снижения токсичности отработавших газов.