Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с полным выбрасыванием отработанных газов

Полезная модель  относится  к  машиностроению, а  именно  к  двигателям  внутреннего  сгорания, и может быть использована в целях повышения качества термодинамического цикла, мощности и экологичности двигателя.
Известен  двигатель  внутреннего  сгорания  с  переменным   объемом  камер  сгорания, (патент РФ на изобретение № 2144991, опубл. 27.01.2000, бюл. №3),  содержащий  цилиндры,  поршни,  размещенные  в  цилиндрах,  с  образованием  с  последними  камер  сгорания,  коленчатый  вал  с  шатунными  и  коренными  шейками,  шатуны,  соединяющие  поршни  с  шатунными  шейками,  наружные  эксцентриковые  вкладыши  с  зубчатыми  венцами,  установленные  на  коренных  шейках  с  возможностью  поворота  относительно  последних  и  перемещения  коленчатого  вала  в  вертикальном  направлении,  причем  зубчатые  венцы  вкладышей  связаны  с  механизмом  изменения  объема  камер  сгорания и  содержит  внутренние  эксцентриковые  вкладыши  с  зубчатыми  венцами,  расположенные  между  коренными  шейками  и  наружными  эксцентриковыми  вкладышами,  механизм  изменения  объема  камер  сгорания  снабжен  зубчатыми  рейками,  входящими  в  зацепление  с  зубчатыми  венцами  наружных  и  внутренних  эксцентриковых  вкладышей  и  с  по  меньшей  мере  одним  управляющим  валом ,  связанным  с  регулирующими  органами  топливоподачи  и/или  воздухоподачи,  причем  наружные  и  внутренние  эксцентриковые  вкладыши  установлены  с  возможностью  поворота  в  противоположные  стороны  на  угол,  не  превышающий 180.
Наиболее близким  к  предлагаемому  техническому  решению, принятому  за  прототип,  является  двигатель  внутреннего  сгорания  (патент РФ на изобретение № 2239707, опубл. 27.05.2004, бюл. №15), содержащий  цилиндр  с  камерой сжатия и сгорания, поршень, сжимающий  горючую  смесь, и  шатун.  При  этом  шатун  состоит  из  нескольких  частей,  одна  из  которых связана  с  коленвалом,  а  другая  - поршневым  пальцем  с  поршнем. Причем  между  днищем  поршня  и  коленвалом,  расположены  упругие  элементы,  представляющие  собой пружину (пружину сжатия), зажатую  между  частями  шатуна,  включающими  в  себе  часть  с  направляющими  и  полостью.  Части  шатуна  стянуты  проходящей  внутри  пружины  шпилькой  и  фиксируется  относительно  друг  друга  от  разворота  этой же  пружиной.  Один  конец  шпильки  закреплен  наглухо  в  части  шатуна,  связанной  с  коленвалом.  Другой  конец  шпильки  введен  в  часть  шатуна  с  направляющими  и  полостью,  скользит  по  ее  направляющим  и  удерживается  в  ней  свободно  проходящей  в  ее  полости  гайкой. Часть  шатуна  с направляющими  и  полостью  укреплена  в  части  шатуна,  связанной  поршневым   пальцем  с  поршнем.
Недостатком известных решений является  то,  что  они  не  обеспечивают  всасывание  горючей  смеси  на  всю  высоту  камеры сгорания  и  полное  выбрасывание  отработанных  газов, а  именно  при  такте  «выхлоп»  поршень  в  цилиндре  не  доходит  до  его  торца  на  высоту  камеры  сжатия  и,  следовательно,  отработанные  газы  выбрасываются  не  полностью. Например,  при  степени  сжатия  8  высота  камеры  сжатия  составляет  12,5%  высоты  камеры  сгорания  и,  примерно 12,5%  отработанных  газов  остаются  в  цилиндре. При  такте  «всасывание»  эти  газы  смешиваются  с  горючей  смесью  и  при  такте  «рабочий  ход»  происходит  сгорание  не  чистой  смеси топлива  с  воздухом, а  горючей  смеси,  смешанной  с  отработанными  газами. Это  снижает  мощность  и  экологичность  двигателя.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа:  цилиндр с камерой сжатия и сгорания, поршень и шатун с пружиной сжатия.
Полезная модель направлена на повышение  мощности двигателя за  счет  всасывания  горючей  смеси  на  всю  высоту  камеры  сгорания  с  полным  выбрасыванием  из нее  отработанных  газов.
Это достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания с полным выбрасыванием отработанных газов содержит цилиндр с камерой сжатия и сгорания, поршень и  шатун с пружиной сжатия. В предложенном решении шатун  соединен с помощью штифтового фиксатора со штоком, жестко установленным в перпендикулярное к оси своего корпуса сквозное отверстие штока  через сквозной продольный паз. При этом длина продольного паза равна сумме высоты  камеры сжатия и диаметра  фиксатора с учетом вычета зазора безопасности.
В  такте  1  происходит  всасывание  рабочей  смеси  на  полную  высоту  камеры  сгорания.  В  такте  2  рабочая  смесь  сжимается  до  высоты  камеры  сжатия.  В  такте  3  происходит   рабочий  ход.  И  в  такте  4  отработанные  газы  полностью  выбрасываются, так  как  поршень  движется  на  всю  высоту  камеры  сгорания,  при этом  он  не  доходит  до  торца  цилиндра  только   на высоту  зазора  безопасности.
Сущность  заявленной  полезной модели  поясняется  чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний  вид  двигателя; фиг.2 – сечение  А-А    шатуна  на   фиг. 1; фиг.3 – вид сверху на фиг.  1; фиг.4 –  сечение Б-Б двигателя на фиг.3; фиг.5 – схема  работы  двигателя.
Двигатель внутреннего  сгорания содержит цилиндр 1 с камерой сгорания 2, поршень 3 и шатун 4. Камера сгорания 2 – это часть пространства, образованная торцом цилиндра 1 и поршнем 3 при крайнем нижнем его расположении. Шатун 4 состоит из корпуса 5 и штока 6, между которыми установлена пружина сжатия 7. При этом корпус 5 шатуна 4 соединен с помощью штифтового фиксатора 8 со  штоком 6. Фиксатор 8 жестко установлен в перпендикулярное к оси корпуса 5 сквозное отверстие 9 штока 6 через сквозной продольный паз 10 корпуса 5.
Длина продольного паза 10 равна сумме высоты  камеры сжатия 11 и  диаметра  фиксатора 8 с учетом вычета зазора безопасности 12, где камера сжатия 11 – это часть пространства, образованная торцом цилиндра 1 и поршнем 3 в конце такта сжатия, а зазор безопасности – это минимальный зазор между находящимся  в  верхней точке  поршнем 3 и  торцом  цилиндра 1 в конце такта выпуска. Таким образом, продольный   паз  10  определяет  высоту  камеры  сжатия 11 и высоту зазора безопасности 12.
ДВИГАТЕЛЬ  РАБОТАЕТ  СЛЕДУЮЩИМ  ОБРАЗОМ:
При  работе  двигателя  поршень  3  вместе  с  шатуном  4  совершает  возвратно-поступательное  движение   внутри  цилиндра  1, при этом  шатун  4  в  каждом  из  тактов  двигателя  изменяет  свою  длину  в  зависимости   от  давления  в  камере  сгорания 2  в  соответствии  с  параметрами  пружины  сжатия 7.
Такт  впуска  (фиг. 5, впуск).
Поршень  3  находится  в верхней  мертвой  точке, не доходя до торца цилиндра 1  зазора  безопасности  12. При  этом   давление  в  камере  сгорания 2  равно  давлению  выхлопных газов   при  окончании  такта  «выхлоп».  Пружина  сжатия  7,  установленная  между  корпусом 5  шатуна  4  и  штоком  6,  находится  в  разжатом  состоянии, а  штифтовой  фиксатор  8, установленный в отверстие 9,  находится  в  нижней  части  продольного  паза  10.  При  движении  поршня 3  вниз  происходит  впуск  горючей  смеси на  всю  высоту  камеры  сгорания 2
Такт  сжатия  (фиг. 5, сжатие).
Поршень  3  двигаясь  вверх, сжимает   горючую  смесь, до  тех  пор, пока  давление  не  достигнет  величины  сжатия  пружины  7, когда  штифтовой  фиксатор  8 не  займет  положение  в  верхней  части   продольного  паза 10. При  этом  образуется  камера  сжатия  11 с  горючей  смесью.
Такт  рабочего  хода (фиг. 5,  рабочий  ход).
При   воспламенении  горючей  смеси   поршень  3  движется  вниз  на  всю  высоту  камеры  сгорания  2. При  этом  пружина  сжатия  7  находится  в сжатом  состоянии, а  штифтовой  фиксатор  8  находится  в  верхней  части  продольного  паза 10.
Такт  выпуска (фиг. 5, выпуск).
При  такте  выпуска  поршень 3  движется  вверх  и  вытесняет  отработанные  газы  из  цилиндра   1. При  этом  давление  на  поршень   3  уменьшается. Пружина  сжатия 7 разжимается,  а  штифтовой  фиксатор  8  движется  по  продольному  пазу  10  вниз,  пока не займет  крайнее  нижнее  положение. Таким  образом,  поршень  3   производит  полный   выпуск  отработанных  газов  до  зазора  безопасности  12.
Шатун 4  в  сборе  удерживает  штифтовой  фиксатор 8,  жестко   установленный  в  сквозное  перпендикулярное  к  оси  шатуна 4 отверстие 9 штока 6,  через  сквозной  продольный  паз  10 корпуса  5 шатуна 4. Это обеспечивает  в  пределах  продольного  паза 10  свободное  осевое  перемещение  штока 6  в  корпусе 5  шатуна  4 при  изменении  длины  шатуна 4 в  работе.   При этом зазор  безопасности  12 исключает  удары  поршня  о  торец  цилиндра.
Пружина  сжатия  7 должна  соответствовать  следующим  параметрам:  усилие  на  пружине   от  предварительного   установочного  сжатия  должно  быть  по  величине   больше  или  равно  усилию,  создаваемого  давлением  газовой  смеси  на  поршень  в  момент  завершения  такта  «выхлоп» (при  этом  штифтовой  фиксатор  находится  в  крайнем   нижнем  положении  продольного  паза  корпуса  шатуна);  максимальное  усилие  на  пружину  должно  быть по  величине  меньше  или  равно  усилию,  создаваемого  давлением  газовой  смеси  на  поршень  в  момент  окончания  такта «сжатие» (при этом  штифтовой  фиксатор  находится  в  крайнем   верхнем  положении  продольного  паза  корпуса  шатуна).
Таким образом, путем автоматического  управления  длиной  шатуна обеспечивается всасывание  горючей  смеси  на  всю  высоту  камеры  сгорания  и  полное  выбрасывание  из нее отработанных  газов, что в свою очередь повышает мощность двигателя. Следует отметить, что двигатель, предложенной  конструкции, является экологичным.