ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания и может быть использована на транспортных средствах и стационарных агрегатах, а также на легких и сверхлегких летательных аппаратах.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два спаренных цилиндра с размещенными в них шатунно-поршневыми деталями, в котором осуществляются четыре такта: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп, отличающийся тем, что в первом цилиндре происходят такты всасывание-сжатие чистого воздуха, а в другом цилиндре - рабочий ход-выхлоп; последовательность тактов цикла чередуется по обоим цилиндрам, т.е. одновременно совершаются спаренные такты: всасывание-расширение газов (рабочий ход) и сжатие воздуха-выхлопа; при этом сгорание топлива осуществляется в отдельной камере сгорания, заполненной сжатым воздухом и охваченной другой камерой с запасом сжатого воздуха, который имеет возможность перетекать в камеру сгорания, а затем во второй цилиндр; при этом поданное топливо может сгорать в камере сгорания как по циклу Отто, так и по циклу Дизеля, совершая полный рабочий цикл за один оборот коленчатого вала, для оптимизации тактов цикла радиус кривошипа в первом цилиндре не равен радиусу кривошипа второго цилиндра, но имеющих кинематическую связь кривошипов и при этом поршень второго цилиндра проходит верхнюю мертвую точку в момент, когда поршень в первом цилиндре уже отошел от верхней мертвой точки, что облегчает вывод поршней из мертвых точек (патент РФ №2167315 F02B 11/00, F02B 75/04).
Основным недостатком предложенного устройства является наличие дополнительного цилиндра для нагнетания воздуха в рабочий цилиндр, что значительно увеличивает габариты двигателя.
Наиболее близким по своей технической сущности является устройство двухтактного двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2188959, F02B 33/14), содержащий ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень, делящий цилиндр на нагнетательную полость и рабочую полость, впускной канал, расположенный в стенке нагнетательной полости, выхлопной канал, выполненный в стенке рабочей полости, систему впрыска топлива, раздаточный вал, связанный с поршнем механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное раздаточного вала, перепускной канал, вход в который расположен в нагнетательной полости, а выход - в рабочей полости, при этом нагнетательная полость выполнена предпоршневой и имеет объем больший, чем рабочая полость.
Недостатком устройства является не достаточно высокая мощность из-за отсутствия наддува и надежность двигателя из-за отсутствия смазки стенок цилиндра, так как масляный туман с картера не попадает на стенки верхней части цилиндра - его не пускают нижние поршневые кольца.
Задачей полезной модели является повышение мощности и надежности двигателя.
Для решения поставленной задачи в двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий первый ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра первый ступенчатый поршень, делящий цилиндр на нагнетательную полость и рабочую полость, первый впускной канал, расположенный в стенке нагнетательной полости, первый выпускной канал, выполненный в стенке рабочей полости, первую систему впрыска топлива, коленчатый вал, связанный с поршнем механизмом, для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала, введены первая и вторая форсунки для смазки стенок цилиндров, первый и второй воздуховоды, и спаренный с первым второй ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра второй ступенчатый поршень, делящий цилиндр на нагнетательную и рабочую полости, второй впускной канал, расположенный в стенке нагнетательной полости цилиндра, второй выпускной канал, выполненный в стенке рабочей полости, вторую систему впрыска топлива, второй поршневой механизм, связанный с коленчатым валом, для преобразования возвратно-поступательного движения второго поршня во вращательное коленчатого вала, входы первого и второго воздуховодов выполнены в нагнетательной полости первого и второго цилиндров соответственно, а выходы воздуховодов через запорные клапаны соединены с рабочей полостью второго и первого цилиндров соответственно, при этом первый, и второй впускные каналы снабжены клапанами, нагнетательная полость первого и второго цилиндров выполнена в нижней части цилиндров, а рабочая полость первого и второго цилиндров - в верхней части цилиндров, в стенках которых размещены первая и вторая форсунки для смазки стенок цилиндра соответственно.
Технический результат, достигнутый при решении поставленной задачи, заключается в повышении мощности двигателя, за счет обеспечения наддува зарядом свежего воздуха первого цилиндра от второго спаренного цилиндра, которые работают в противофазе, а также повышения надежности двигателя за счет введения форсунок для смазки стенок цилиндров, для снижения фрикционного износа трущихся деталей в верхней части цилиндров (рабочей полости).
На фиг. 1 представлен чертеж устройства двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - чертеж запорного клапана.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения.
Устройство двигателя внутреннего сгорания состоит из спаренных цилиндров 1 и 2, корпуса с масляным картером 3, являющимся общим для обоих цилиндров 1 и 2, поршней 4 и 5, связанных через пальцы (на рис не показан) с шатунами 6 и 7, нижние головки которых связаны с коленчатым валом 8 (для преобразования возвратно-поступательного движения поршней 4, 5 во вращательное коленчатого вала 8), каналы: впускные 9 и 10, выпускные 11 и 12.
Цилиндры 1, 2 и поршни 4, 5 выполнены ступенчатыми и образуют нагнетательные полости 13, 14, расположенные в нижней части цилиндра и рабочие полости 15, 16, расположенные в верхней части цилиндра. Впускные каналы 9, 10 расположены в стенке нагнетательных полостей 13, 14 соответственно. Выпускные каналы 11, 12 для выпуска отработавших газов расположены в стенках рабочих полостей 15, 16 соответственно. Входы воздуховодов 17, 18 расположены в нагнетательных полостях 14, 13 соответственно, а выходы через запорные клапана 19, 20 соединены с рабочими полостями 15, 16 соответственно.
Топливо в первый и второй цилиндры 1, 2 поступает через форсунки 21, 22 соответственно.
Воспламенение рабочей смеси в цилиндрах осуществляется свечами зажигания 23, 24 (в дизеле свеча зажигания отсутствует).
Смазка стенок рабочей полости цилиндров осуществляется под давлением через форсунки для смазки стенок 26, 27 при помощи, например, лубрикационного (плунжерного) насоса.
Двигатель внутреннего сгорания с наддувом работает следующим образом.
Соседние первый и второй цилиндры 1, 2 (см. фиг. 1) работают взаимосвязано. При воспламенении рабочей смеси от свечи зажигания 23 в первом цилиндре 1 ступенчатый поршень 4, под давлением выделяемых газов, начинает движение к нижней мертвой точке (НМТ) - происходит рабочий такт, при этом в нижнюю нагнетательную полость 13 начинает засасываться, через впускной канал клапаном 9 атмосферный воздух. В это время в нагнетательной полости 14 второго цилиндра 2 происходит сжатие поступившего в него воздуха. В верхней рабочей полости 16 цилиндра 2 происходит сжатие воздуха, ранее поступившего через воздуховод 18 и запорный клапан 20 от цилиндра 1. В момент закрытия поршнем 5 в цилиндре 2 выхлопного канала 12, через форсунку 26 для смазки стенок цилиндра 2 (рабочей полости 16) в него впрыскивается масло. В рабочей полости 15 цилиндра 1 поршень 4 подходит к НМТ, открывается выпускной канал 11, в который устремляются отработавшие газы, давление в цилиндре 1 резко падает. Из-за низкого давления в рабочей полости 15 первого цилиндра 1 и высокого давления в нагнетательной полости 14 второго цилиндра 2, преодолевая усилие возвратной пружины 27 (см. фиг. 2), находящейся между нижней опорной шайбой 28 корпуса клапана 29 и верхней опорной шайбой 30, зафиксированной фиксатором 31 на штоке клапана 32, открывается запорный клапан 19 и в первый цилиндр 1 по воздуховоду 17 устремляется сжатый воздух, вытесняя остатки отработавших газов и заполняя рабочую полость 15 свежим воздухом.
В зависимости от технических характеристик разрабатываемых ДВС, возможно применение механического варианта запорного клапана с приводом от коленчатого вала, либо электронного варианта с использованием электромагнитной катушки и мощного постоянного магнита.
Во втором цилиндре 2 происходит впрыск топлива через форсунку 22 и воспламенение рабочей смеси от свечи зажигания 24.
Происходит рабочий такт во втором цилиндре 2. Далее процесс в цилиндрах 1 и 2 повторяется.
В момент закрытия поршнем 4 в первом цилиндре 1 выпускного канала 11, через форсунку 25 для смазки стенок цилиндра 1 (рабочей полости 15) в него впрыскивается масло.
Таким образом, обеспечивается наддув свежего воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, но не от турбокомпрессора, не от дополнительного воздушного компрессора, а от нагнетательных полостей, расположенных в нижней части цилиндров в самом двигателе внутреннего сгорания. Изменяя воздушной заслонкой во впускном канале 9 (10) количества поступившего в цилиндр воздуха можно менять и мощностные характеристики двигателя.
Введение введения форсунок для смазки стенок цилиндров обеспечивает уменьшение в двигателях внутреннего сгорания трения трущихся деталей.