ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ТОПЛИВЕ
TWO-STROKE ICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к двухтактному двигателю внутреннего сгорания на топливе.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, работа которого оптимизирована и в котором устранены типичные недостатки двухтактных и четырехтактных двигателей.
Уровень техники
Начиная с 19 столетия не прекращается изучение и усовершенствование двигателей внутреннего сгорания с целью повышения их кпд при одновременном уменьшении загрязнения окружающей среды.
Технические особенности двух- и четырехтактных двигателей хорошо известны и далее обсуждаться не будут.
Однако следует отметить, что двухтактные двигатели имеют недостатки, сопряженные с удалением отработанных газов, а именно с загрязнением, вызванным выбросом масла, поступающего в камеру сгорания вместе с топливом, а также сопряженные с недостаточной надежностью двигателей. Напротив, четырехтактные двигатели имеют недостаточно высокий кпд, однако они надежнее двухтактных двигателей и поэтому более предпочтительны.
Сущность изобретения
В рамках концепции, охватывающей известные виды двигателей, включая дизельные, авторы изобретения предлагают новаторское решение для создания усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания.
Решение, предложенное в соответствии с настоящим изобретением, позволяет реализовать двигатель внутреннего сгорания на бензине или дизельном топливе, в соответствии с особенностями выбранной конструкции, благодаря чему максимально используются его возможности, в потребляемом топливе отсутствуют примеси, и смазка осуществляется отдельно, как в четырехтактных двигателях.
Предлагаемое решение вызвано необходимостью оптимизации рабочих циклов, в особенности двухтактных двигателей, которая обеспечивала бы полный выпуск сожженных газов и при этом максимальное заполнение цилиндра свежим воздухом без смешивания сожженных газов и свежего воздуха.
Другой задачей настоящего изобретения является создание двигателя, который обеспечивает лучшее сгорание и лучшее расширение.
Таким образом, основной задачей настоящего изобретения является создание двухтактного двигателя внутреннего сгорания на бензине, дизельном топливе или других традиционных видах топлива, содержащего узел из поршня и цилиндра, цилиндр которого имеет выпускные отверстия и которое имеет головку, установленную с возможностью перемещения внутри указанного цилиндра между верхней мертвой точкой хода поршня и положением закрытия выпускных отверстий, причем перемещаемая головка имеет перепускной клапан для перепуска свежего воздуха или его смеси с топливом внутрь камеры сжатия и сгорания узла из цилиндра и поршня, перемещение указанной перемещаемой головки внутри цилиндра осуществляется приводными средствами, взаимодействующими с системой привода поршня, над указанной перемещаемой головкой расположен механизм впуска, обеспечивающий всасывание свежего воздуха или его смеси с топливом при нахождении перемещаемой головки между верхней мертвой точкой и точкой закрытия выпускного отверстия, указанные приводные средства перемещаемой головки содержат коленчатый вал, соединенный с выходным валом посредством зубчатого приводного ремня с передаточным отношением 1:1, указанный кулачок имеет такую кривизну толкающей поверхности, которая обеспечивает возможность воздействия с задержкой на перемещаемую головку несмотря на ее вращение, и содержит прямолинейную часть, позволяющую осуществлять быстрый подъем головки под действием пружин, так что при закрытии поршнем выпускных отверстий головка оказывается в верхней мертвой точке, выполнив действие впуска свежей горючей смеси через перепускной клапан.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения указанная перемещаемая головка имеет перепускной клапан, управляемый по меньшей мере пружиной.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением указанные приводные средства перемещаемой головки обеспечивают передачу движения от выходного вала к вращающему валу перемещаемой головки.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением над указанной перемещаемой головкой выполнено окно для поступления свежего воздуха или его смеси с топливом, при этом на указанном вращательном валу перемещаемой головки размещен вращающийся диск, на котором размещено второе окно, которое совмещается с указанным первым окном для поступления свежего воздуха или его смеси с топливом в соответствии с ходом указанной перемещаемой головки между верхней мертвой точкой и точкой закрытия выпускного отверстия.
Предлагаемая указанная перемещаемая головка может приводиться в действие механической, гидравлической или пневматической системой, или электромагнитной катушкой.
Кроме того, предлагаемая указанная перемещаемая головка может перемещаться под действием пружины.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением в верхней части двигателя может быть установлена свеча зажигания, которая также может быть установлена на перемещаемой головке.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением перепускной клапан перемещаемой головки может быть выполнен в виде пружинной пластины или в виде клапана другого типа, ограничиваемого внутренними размерами перемещаемой головки. В соответствии с настоящим изобретением на верхней поверхности поршня может находиться гнездо клапана, согласованное с формой указанной перемещаемой головки.
Двигатель в соответствии с настоящим изобретением может работать на бензине или дизельном топливе.
Кроме того, двигатель может быть укомплектован типовой системой подачи топлива, как, например, карбюраторной системой или системой прямого впрыска.
Также в соответствии с настоящим изобретением могут быть предусмотрены средства для уменьшения воздействия вспышки пламени на перемещаемую головку.
В соответствии с настоящим изобретением указанная головка может приводиться в действие электрической катушкой, сжатым воздухом или гидравлическими механизмами.
Предлагаемый двигатель обеспечивает следующие преимущества:
- оптимизированные циклы выброса выхлопных газов, а также всасывания свежего воздуха внутрь цилиндра;
- одновременный и разделенный обмен (отработанного и свежего) газов внутри цилиндра, который особенно важен для двухтактных двигателей, в настоящее время страдающих от недостаточной или неэффективной продувки цилиндра и недостаточного наполнения его свежим воздухом;
- управляемое воспламенение горючей смеси и ход перемещаемой головки;
- полное исключение необходимости применения классических клапанов, а также сопутствующих механизмов управления и движения;
- двигатель, обладающий преимуществами четырехтактных двигателей с тем отличием, что, в то время как полный цикл традиционного четырехтактного двигателя требует двух оборотов выходного вала, двигатель в соответствии с настоящим изобретением совершает полный цикл за один оборот выходного вала, как в традиционных двухтактных двигателях;
- ликвидированы каналы передачи смеси газа и топлива от картера двигателя к цилиндру;
- возможность применения типичной смазки для четырехтактных двигателей;
- отсутствие необходимости использования смеси масла и топлива, обеспечивая, таким образом, заметные преимущества в отношении защиты окружающей среды;
- возможность предотвратить все недостатки традиционных двухтактных двигателей и в то же время сохранить их преимущества;
- другие конструктивные преимущества, в особенности относящиеся к форме головки двигателя.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее будет описано с целью иллюстрации, а не ограничения, в соответствии с предпочтительными вариантами конструкции, с конкретными ссылками на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 представлен вид в разрезе первого варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
на фиг.2 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, во втором рабочем положении;
на фиг.3 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, в третьем рабочем положении;
на фиг.4 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, в четвертом рабочем положении;
на фиг.5 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, в пятом рабочем положении;
на фиг.6 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, в шестом рабочем положении;
на фиг.7 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на фиг.1, в седьмом рабочем положении;
на фиг.8 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на предыдущих чертежах, в последующем рабочем положении;
на фиг.9 представлен вид в разрезе двигателя, представленного на предыдущих чертежах, подобных фиг.8, еще в одном рабочем положении;
на фиг.10 представлен вид в разрезе второго варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
на фиг.11 представлен вид в разрезе второго варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением во втором рабочем положении;
на фиг.12 представлен вид в разрезе второго варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в третьем рабочем положении;
на фиг.13 представлен вид в разрезе третьего варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
на фиг.14 представлен вид в разрезе третьего варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением во втором рабочем положении;
на фиг.15 представлен вид в разрезе четвертого варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в первом рабочем положении;
на фиг.16 представлен вид в разрезе четвертого варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением во втором рабочем положении; и
на фиг.17 представлен вид в разрезе четвертого варианта реализации двигателя в соответствии с настоящим изобретением в третьем рабочем положении.
Осуществление изобретения
На фиг.1-9 приложенных чертежей представлен первый вариант реализации предлагаемого двигателя, содержащего цилиндр 1, поршень 2, кривошипно-шатунный механизм, образованный шатуном 3 и кривошипом 4 и служащий для перемещения поршня 2, перемещаемую головку 5, которая подробно описана далее, кривошипно-шатунный механизм, образованный шатуном 6 и кривошипом 7 и служащий для перемещения перемещаемой головки, всасывающий механизм 8 для всасывания воздуха и/или топлива, который подробно описан далее, а также подробно описанный далее передаточный механизм 10 для передачи движения (см. фиг.8 и 9) кривошипно-шатунного механизма, образованного шатуном 6 и кривошипом 7 и служащего для перемещения головки 5.
Как видно из чертежей, двигатель в соответствии с настоящим изобретением содержит расположенное в цилиндре 1 стандартного двухтактного двигателя дискообразное цилиндрическое тело 5 с воздушным перепускным клапаном 9, которое имеет большой диаметр и приводится в действие пружиной 10.
Перемещаемая головка 5 вместе с клапаном 9 представляет собой многофункциональный механизм, служащий для продувки цилиндра, благодаря которой происходит выпуск выхлопных газов через выпускные отверстия 11 с одновременным впуском свежего воздуха внутрь цилиндра 1.
Цикл работы двигателя, показанного на фиг.1-9 приложенных чертежей, вкратце описан далее.
На фиг.1 поршень 2 находится в верхней мертвой точке (ВМТ), в которой происходит воспламенение с помощью свечи 12 зажигания. Следует подчеркнуть, что воспламенение топливной смеси может быть осуществлено любыми другими средствами, при этом топливная смесь может всасываться вместе с воздухом или вводиться отдельно, например впрыском с электронным управлением.
Как следует из чертежей, над перемещаемой головкой 5 установлен диск 8, выполненный с обеспечением возможности его вращения и имеющий окно 13, предназначенное для поступления воздуха или воздушно-топливной смеси и взаимодействующее с окном 14, показанным пунктирной линией на фиг.1-7 и основной линией на фиг.8 и 9.
В положении, показанном на фиг.1, окно 13 не совмещено с окном 14, и свежий воздух, таким образом, не поступает.
Процесс расширения происходит после воспламенения (фиг.2.), так что поршень 2 достигает позиции, близкой к перекрытию выпускного отверстия 11, выполненного в корпусе цилиндра.
В дальнейшем (фиг.3 и 4.) поршень 2 продолжает перемещаться вниз, открывая выходные отверстия 11 для выброса выхлопных газов. После этого перемещаемая головка 5 начинает движение вниз под действием средств передачи движения от шатуна 3 и кривошипа 4, составляющих механизм движения поршня 2, к головке 5, как подробно описано далее.
Как следует из чертежей, перемещаемая головка 5 проходит через всю камеру 15 цилиндра, в то время как поршень 2 закрывает место расположения отверстий 11.
Таком образом происходит полная продувка камеры 15 с выпуском всех содержащихся в ней газов.
В то же время окно 13 полностью совмещено с окном 14 и обеспечивает поступление воздуха или воздушно-топливной смеси в камеру 16 и, следовательно, также в камеру 15 по мере ее расширения.
После достижения нижней мертвой точки (НМТ) снова начинается подъем поршня 2 и головки 5.
В то время как поршень 2 полностью перекрывает отверстия 11, головка 5 достигает верхней мертвой точки, обеспечивая, таким образом, подачу свежего воздуха из камеры 16 в камеру 15 через перепускной клапан 9. По существу, внутри камеры 16, доступ в которую снаружи в этой фазе закрыт, поскольку окна 13 и 14 не совмещены, происходит сжатие, которое преодолевает силу пружины 10 и открывает перепускной клапан 9, сохраняя такое состояние до закрытия клапана 9 в позиции, показанной на фиг.6.
В этой позиции поршень 2 закрывает выходные отверстия 11, и начинается фаза сжатия, которая продолжается до достижения позиции, показанной на фиг.7.
Таким образом, в предлагаемом двигателе фаза очистки цилиндра и поступления свежего воздуха совпадает с движением перемещаемой головки 5 к НМТ (фиг.2 и 3).
В течение фазы подъема перемещаемой головки 5 к НМТ, перепускной клапан 9 остается открытым, обеспечивая, таким образом, доступ воздуха из верхней части 16 в нижнюю часть 15, то есть в пространство между головкой 5 и поршнем 2.
Механизм реализован таким образом, что перемещаемая головка 5 начинает движение от своего ВМТ к НМТ именно тогда, когда поршень начинает открывать отверстия 11, и оканчивает тогда, когда поршень 2 приходит в свою НМТ (фиг.4).
Когда поршень 2 оказывается в этой позиции, перемещаемая головка 5 совершает полный такт и находится в своей НМТ.
В то время как поршень 2 начинает движение вверх и пока выходные отверстия 11 остаются закрытыми, перемещаемая головка 5 совершает движение вверх к своей ВМТ.
Движение головки 5 осуществляется посредством механизма передачи движения 10, который вместе с выходным валом 17 передает вращение на ось 18 перемещаемой головки 5.
Передача вращения происходит в соответствии с величиной установленного угла поворота выходного вала 17, и в частности при угле величиной примерно 104 градуса, который соответствует дуге между точкой, в которой выходные отверстия начинают открываться, и точкой, в которой выходные отверстия 11 закрываются (поршень 2 во время поворота выходного вала 17 в пределах указанного угла открывает выходные отверстия 11 и, пройдя свою НМТ, начинает двигаться к ВМТ до закрытия выходных отверстий 11).
Как следует из чертежей, верхняя часть 19 поршня 2 повторяет форму перемещаемой головки 5.
В варианте реализации, показанном на фиг.10, 11 и 12, на которых повторяющиеся номера позиций обозначают уже указанные в предыдущих вариантах реализации узлы и детали, кроме того, предусмотрена пружина 20, которая телескопически установлена внутри шатуна 6 механизма перемещения перемещаемой головки 5 и которая обеспечивает демпфирование удара, вызванного воспламенением горючей смеси, и уменьшает давление на шток перепускного клапана 9.
Пружины 21 предусмотрены для получения того же результата и расположены выше перемещаемой головки 5 (предпочтительное число пружин не указано).
Фиг.13 и 14, на которых повторяющиеся номера позиций обозначают уже указанные в предыдущих вариантах реализации узлы и детали, показывают еще один вариант реализации механизма 40 для передачи движения от шатуна 3 и кривошипа 4, образующих механизм перемещения поршня 2, к перемещаемой головке 5.
Механизм 40 включает диск 30 с дугообразным выступом 31, дуга которого приблизительно составляет 104 градуса в соответствии с дугой выходного вала 17, и который взаимодействует с зубчатым колесом 32 гидравлического насоса 33. Когда гидравлический насос приходит в действие, он поднимает давление масла, достаточное для активации движения перемещаемой головки 5.
На фиг.15-17, на которых повторяющиеся номера позиций обозначают уже указанные в предыдущих вариантах реализации узлы и детали, представлен еще один вариант реализации механизма приведения в движение перемещаемой головки 5.
В данном случае такое движение обеспечивает коленчатый вал, который связан с выходным валом 17 через зубчатый ремень (не показан) с передаточным отношением 1:1.
Кулачок 34 имеет такую кривизну толкающей поверхности, которая обеспечивает возможность воздействия указанного кулачка при его вращении с задержкой на перемещаемую головку.
Прямолинейная сторона кулачка обеспечивает быстрый подъем головки 5 под действием пружины 35, причем в то время, когда поршень 2 закрывает выходные отверстия 11, головка 5 находится в верхней мертвой точке, уже завершив передачу свежей смеси через клапан 9.
Таким образом, головка 5 совершает полный такт в тот промежуток времени, когда поршень 2 открывает и закрывает выходные отверстия 11.
Кроме того, указанная головка 5 может приводиться в действие электрической катушкой, сжатым воздухом или гидравлическими механизмами (не показаны), наряду с техническими решениями предыдущих вариантов реализации, которые также остаются допустимыми.
Настоящее изобретение описано исключительно с целью иллюстрации, а не с целью ограничения, в соответствии с предпочтительными вариантами реализации, однако следует отметить, что любые модификации и/или изменения могут быть внесены специалистами в этой области, если эти изменения не выходят за пределы объема настоящего изобретения, установленные прилагаемой формулой изобретения.