Двухтактный двигатель внутреннего сгорания Дюпина
DUPIN TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных (например, автомобили, тепловозы, корабли) и стационарных (например, электрические генераторы, насосы) устройств.
Известные двухтактные ДВС отличаются от четырехтактных повышенным расходом масла и выбросом вредных веществ, что связано с тяжелыми условиями смазывания цилиндра в поясе впускных окон, где существуют благоприятные условия для сдувания масла с поверхностей колец поршня в момент прохождения его мимо продувочных окон. Кроме того, в двухтактных двигателях в горючее добавляют масло, которое при неполном сгорании загрязняет выхлопные газы вредными веществами. В четырехтактных двигателях смазка цилиндра осуществляется за счет разбрызгивания масла в картере на стенки рабочего цилиндра, а с помощью маслосъемного поршневого кольца обеспечивается равномерное распределение масла по поверхности цилиндра и удаление его излишка в картер. Расход масла в известных двухтактных двигателях в 10 раз превышает расход масла в известных четырехтактных двигателях (например, расход масла четырехтактного двигателя КАМАЗ-740.31-240 (EURO-2) в автобусной комплектации составляет 0,2% от расхода топлива, а в двухтактном двигателе YAMAHA 40XWS - 2%).
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором некоторого снижения расхода масла предлагается достичь с помощью маслосъемного поршневого кольца, не выходящего за пределы продувочных окон и отсоса собранного им масла в полость разряжения системы вентиляции картера. [Изобретение № SU 1346838, дата публикации 23.10.1987]
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является двигатель, содержащий цилиндр, установленный в нем поршень с маслосъемными кольцами и подпоршневой полостью. В цилиндре и поршне выполнены окна для продувки камеры сгорания. В положении поршня в нижней мертвой точке верхнее маслосъемное кольцо поршня расположено выше окон продувки, а в положении поршня в верхней мертвой точке нижнее маслосъемное кольцо расположено ниже окон продувки, при этом в поршне выполнены отверстия, соединяющие канавки верхнего и нижнего маслосъемных колец с подпоршневой полостью. [Патент на изобретение №2276738, дата публикации 20.05.2006] Недостатком известных устройств является то, что при движении поршня компрессионные поршневые кольца пересекают продувочные окна и поэтому без добавления масла в горючее невозможно добиться удовлетворительной смазки цилиндра, удаление излишков масла с помощью маслосъемных колец и повторное его использование не может дать существенного эффекта, поэтому экологические характеристики и расход масла остаются на том же уровне, что и у широко применяемых двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
Технической проблемой, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении расхода масла в двухтактном двигателе внутреннего сгорания.
Сущность заявляемого изобретения.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит кривошипно-шатунный механизм и цилиндр, внутри которого расположены форсунка и поршень с маслосъемным и компрессионными кольцами, на крышке цилиндра выполнен выпускной клапан. В отличие от ближайшего аналога, цилиндр содержит продувочную камеру, снабженную продувочным окном с клапаном. Верхний край головки поршня в нижней мертвой точке и маслосъемное и компрессионные кольца в верхней мертвой точке поршня расположены ниже продувочного окна.
Форма и размеры продувочной камеры зависят от мощности двигателя и необходимой интенсивности продувки. Продувочная камера может быть выполнена в виде трубы кольцевой формы с впускным отверстием. С целью повышения интенсивности продувки цилиндра продувочная камера может быть выполнена в виде трубы в форме двух полуколец, в одном из которых выполнено впускное отверстие, а во втором - выпускное. Расположение маслосъемных и компрессионных колец в верхней мертвой точке поршня ниже продувочного окна может обеспечиваться путем расположения продувочной камеры таким образом, что расстояние между верхним краем головки поршня в верхней мертвой точке и продувочным окном меньше высоты головки поршня. При этом высота цилиндра обеспечивает возможность расположения верхнего края головки поршня в нижней мертвой точке ниже продувочного окна.
Количество продувочных окон может быть больше одного и зависит от необходимой интенсивности продувки и габаритов двигателя. Клапаны, установленные в продувочных окнах, могут быть обратными, пропускать воздух только вовнутрь цилиндра и открываться автоматически, как регуляторы прямого действия. Для повышения эффективности продувки цилиндра, продувочные окна могут быть выпускными, в этом случае клапаны управляются распределительным валом двигателя аналогично выпускному клапану.
На крышке цилиндра дополнительно может быть установлена свеча зажигания, если в качестве топлива используются бензин или газ.
Достижение технического результата обеспечивается следующими существенными признаками заявляемого изобретения:
- за счет расположения продувочной камеры таким образом, что при движении поршня компрессионные и маслосъемное кольца не пересекают продувочные окна, исключается необходимость добавления масла в топливо, и, как следствие, снижается его расход;
- за счет исключения пересечения продувочных окон маслосъемным и компрессионными кольцами исключается трение и, как следствие, необходимость дополнительного смазывания цилиндра в области продувочных окон, что также снижает расход масла.
Использование заявляемого изобретения позволяет снизить расход масла до 10 раз в сравнении с известными двухтактными двигателями, что обеспечивает решение проблемы по улучшению экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
Вышеописанные существенные признаки являются новыми и явным образом не следуют из уровня техники, что обеспечивает соответствие заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Устройство по заявляемому изобретению может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает его соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - вид двухтактного двигателя при расположении поршня в нижней мертвой точке.
Фиг. 2 - вид двухтактного двигателя при расположении поршня в верхней мертвой точке.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит кривошипно-шатунный механизм 1 и цилиндр 2, внутри которого расположены форсунка 3 и поршень 4 с головкой 5 поршня, снабженный маслосъемным 6 и компрессионными 7 кольцами, а также продувочная камера 8, снабженная продувочными окнами 9 с обратными клапанами 10, на крышке цилиндра 2 расположен выпускной клапан 11. Продувочная камера 8 содержит впускное отверстие 12. Верхний край головки 5 поршня 4 в нижней мертвой точке и маслосъемное 6 и компрессионные 7 кольца в верхней мертвой точке поршня 4 расположены ниже продувочных окон 9.
Принцип действия заявляемого изобретения заключается в следующем.
Первый такт. Поршень 4 находится в нижней мертвой точке (далее - НМТ), клапан 11 открыт, давление воздуха в цилиндре 2 меньше давления воздуха в продувочной камере 8, поэтому открыты обратные клапаны 10. По окончании продувки цилиндра 2 свежим воздухом через впускное отверстие 12 и продувочные окна 9 продувочной камеры 8, закрывается выпускной клапан 11, давление воздуха в цилиндре 2 становится не меньше давления в продувочной камере 8, поэтому обратные клапаны 10 закрываются. Поршень 4 за счет кинетической энергии маховика движется к верхней мертвой точке (далее - ВМТ), происходит сжатие воздуха. В конце сжатия в положении поршня 4 в районе ВМТ в цилиндр 2 с помощью форсунки 3 впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется и сгорает.
Второй такт. Под действием давления газов поршень 4 движется вниз от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход и производя при этом полезную работу. В это время обратные клапаны 10 и выпускной клапан 11 закрыты, первые из-за того, что давление в цилиндре 2 больше, чем в продувочной камере 8, а второй - из-за соответствующего положения распределительного вала.
После этого цикл повторяется.