ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области дизелестроения, а именно к поршневому двигателю внутреннего сгорания, в частности двухтактному дизельному двигателю и может найти применение на транспортных средствах и в энергетике.
Известна конструкция простейшего двухтактного дизельного двигателя, в котором нет впускных и выпускных клапанов. Вместо них цилиндр снабжен впускными и выпускными окнами. Окна открывает и закрывает поршень, связанный шатуном с кривошипом коленчатого вала. Существенно, что высота выпускных окон больше, чем впускных. Цилиндр закрыт крышкой, в которую вставлена форсунка. / И.В. Возницкий. Современные малооборотные двухтактные двигатели. - М.: издательство ООО «Моркнига», 2007. (стр. 12, рис. 2-1).
Известны так же двухтактные дизельные двигатели, содержащие цилиндры, имеющие впускные и выпускные окна, расположенные параллельно относительно друг друга и оси цилиндра, картер с кривошипно-шатунным механизмом (коленчатый вал и шатун), который связан с поршнем, установленным в цилиндре, ротационную воздуходувку, форсунку. / Л.А. Собенин, В.И. Бахолдин, О.В. Зинченко, А.А. Воробьев. Устройство и ремонт тепловозов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 416 с. (стр. 138, рис. 6. 7.).
Недостатком известных конструкций является малая топливная экономичность из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов, что в свою очередь приводит к неполному заполнению цилиндра свежим воздухом и, как следствие, к потере мощности и повышенному расходу топлива.
Указанный недостаток обусловлен работой двигателя в два такта (сжатие и рабочий ход) и конструкцией двигателя, в частности отсутствием впускных и выпускных клапанов.
Задачей полезной модели является снижение расхода топлива и повышение мощности двигателя за счет улучшения отчистки цилиндра от отработавших газов.
Указанная задача решается тем, что в известном двухтактном дизельном двигатели, содержащим цилиндр с впускными и выпускными окнами, коленчатый вал и шатун, которые связаны с поршнем, установленным в цилиндре, согласно предлагаемой полезной модели впускные и выпускные окна расположены диагонально относительно друг друга, впускное окно при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) размещено выше этой точки, а выпускное окно расположено прямо над поршнем при его положении в нижней мертвой точке (НМТ), причем во впускном окне расположен клапан впуска воздуха, состоящий из стержня и тарелки, который через толкатель соединен с кулачком коленчатого вала и снабжен возвратной пружиной, размещенной между стаканом клапана и корпусом впускного коллектора на стержне клапана.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема цилиндра двухтактного дизельного двигателя с диагонально расположенными впускными и выпускными окнами, с поршнем, находящимсяв верхней мертвой точке (ВМТ),
на фиг. 2 показано положение поршня в нижней мертвой точке (НМТ),
на фиг. 3 показано положение поршня, перекрывающее выпускное окно,
на фиг. 4 - положение поршня при достижении давления в цилиндре равному давлению нагнетаемого турбиной воздуха.
Представлен двухтактный дизельный двигатель с диагонально расположенными впускными и выпускными окнами, который состоит из цилиндра (1) снабженного впускными (2) и выпускными (3) окнами, поршня (4), связанного шатуном (5) с кривошипом коленчатого вала (6). Впускное окно (2) соединено с впускным коллектором (7), выпускное окно (3) – с выпускным коллектором (8). Впускное окно (2) расположено в верхней трети части цилиндра (1) выше верхней мертвой точке поршня (4) (ВМТ) – точке, при которой скорость поршня (4) равна нулю при поступательном движении за счет вращения кривошипно-шатунного механизма (коленчатого вала (6) и шатуна (5)). Во впускном окне (2) расположен клапан впуска воздуха (9), состоящий из стержня (10), тарелки (11) и стакана (12), который подвижно соединен с толкателем (13), а через толкатель (13) с кулачком коленчатого вала (14) и снабжен возвратной пружиной (15), размещенной между стаканом клапана (12) и корпусом впускного коллектора (7) на стержне клапана (10), обеспечивающей закрытие клапана и плотное прилегание тарелки (11) к корпусу впускного коллектора (7) для предотвращения проникновения газа, образованного при горении топливовоздушной смеси во впускной коллектор (7),
Площадь сечения отверстия впускного окна (2) равно площади сечения отверстия, перекрываемого клапаном (9) и соответствует площади сечения тарелки (11). Выпускное окно (3) расположено в нижней трети части цилиндра прямо над поршнем при его положении в нижней мертвой точки (НМТ) (НМТ, см. фиг. 2). Цилиндр (1) закрыт крышкой (16), в которой установлена форсунка (17).
Двигатель работает следующим образом (фиг. 1-4).
На первом этапе поршень (4) под действием коленчатого вала (6) начинает движение от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точки (ВМТ) (фиг. 2). Клапан (9) при этом находится в открытом положении, что определяется положением кулачка (14), вращение которого происходит вместе с вращением коленчатого вала (6).
После того, как поршень (4) перекрывает выпускное окно (3) (фиг. 3), начинается сжатие свежего воздуха, находящегося в цилиндре (1). Закрытие клапана (9) под действием кулачка (14) происходит после создания поршнем (4) давления в цилиндре (1), превышающего давление турбокомпрессора, нагнетающего свежий воздух в цилиндр. Благодаря этому создается более высокое давление воздуха в цилиндре (1) еще до начала процесса сжатия воздуха в полностью отсеченном от внешней среды цилиндре (1).
Далее происходит процесс сжатия, аналогичный процессу в обычном дизельном двигателе, и при достижении поршнем ВМТ (фиг. 1), через форсунку (17) в находящийся в цилиндре (1) сжатый воздух, впрыскивается дизельное топливо. При этом в цилиндре (1) образуется топливовоздушная смесь, которая вспыхивает под действием высокой температуры, образовавшейся при сжатии воздуха до высокого давления. При горении топливовоздушной смеси происходит ее расширение.
Давление газов, полученных в результате сгорания топливовоздушной смеси, давит на поршень (4), который начинает свое движение от ВМТ к НМТ (рабочий ход) (фиг. 4). При движении поршня (4) вниз от ВМТ к НМТ, после открытия поршнем (4) выпускного окна (3), осуществляется выпуск отработавших газов и продувка цилиндра (1) свежим воздухом за счет открытия под действием кулачка (14) впускного клапана (9) и под действием давления свежего воздуха, нагнетаемого через него турбокомпрессором (фиг. 2).
Далее процесс повторяется.
Таким образом, при диагонально расположенных впускных и выпускных окнах продувка цилиндра будет осуществляться за счет движения отработавших газов и свежего воздуха сверху вниз от впускного окна к выпускному по диагонали, что обеспечит практически полную продувку и наиболее полное заполнения цилиндра свежим воздухом, а так же увеличит мощность за счет создания избыточного давления в цилиндре, благодаря закрытию впускного клапана в момент равного давления воздуха в цилиндре и давления воздуха, создаваемого турбокомпрессором.
Таким образом, в предложенной конструкции двухтактного дизельного двигателя с диагонально расположенными впускными и выпускными окнами улучшены его технические характеристики путем изменения конструкции расположения впускного окна с клапаном, приводящимся в движение от коленчатого вала двигателя через толкатель, и поставленная техническая задача полностью выполнена.