ПОРШНЕВОЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
PISTON TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневому двигателю внутреннего сгорания, в частности, - к двухтактному двигателю, и может найти применение на транспортных средствах, в бытовых машинах и энергетике.
Известна конструкция двухтактного двигателя, содержащего коленчатый вал, кривошипную камеру, шатун, поршень, цилиндр, продувочный канал, выпускной канал, впускной канал, свечу зажигания, камеру сгорания и обратный клапан, установленный на впускном канале (см. М. Кумбс. Мотоциклы. Устройство и принцип действия. - Альфамер, 2002. - 222 с.).
Недостатком известной конструкции является плохая работа обратного клапана, запорный элемент которого (как правило - это упругая пластина, перекрывающая седло в виде окна) запаздывает при его открытии и закрытии, или вообще зависает при высокой частоте вращения коленчатого вала, что снижает экономичность работы двигателя.
Запорный элемент и седло, с которым он контактирует, неизбежно изнашиваются, вплоть до поломки пластины. В то же время, двухтактные двигатели, благодаря отсутствию газораспределительных органов, работают, как правило, на высокой частоте вращения коленчатого вала (до 10-12 тыс. оборотов в минуту и более), что является их важным преимуществом, т.к. в результате этого свойства они имеют очень высокую удельную мощность (отношение мощности на валу к габаритам и массе).
Задачей изобретения является повышение экономичности, надежности и ресурса работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания при высокой частоте вращения.
Указанная задача изобретения достигается тем, что в известной конструкции двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащего коленчатый вал, кривошипную камеру, шатун, поршень, цилиндр, продувочный канал, выпускной канал, впускной канал, свечу зажигания, камеру сгорания и обратный клапан, установленный на впускном канале, согласно заявляемому изобретению, обратный клапан выполнен в виде криволинейной трубки, имеющей прямоугольное сечение, внутри которой вдоль оси установлены пары наклонных пластин, направленных в сторону оси цилиндра.
Угол наклона пластин к касательной, параллельной оси трубки в месте крепления к ней пластин может составлять 30-60 градусов, пары противолежащих пластин могут образовывать лабиринт, и объем трубки Vt, заключенный между двумя парами противоположных пластин вдоль оси трубки, может определяться выражением: Vt=Vc/N, где N - четное число равное или больше двух, и Vc - рабочий объем цилиндра.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
На фиг. 2 и 3 изображена схема криволинейной трубки с парами наклонных пластин, направленных в сторону оси цилиндра.
На фиг. 4 изображена схема криволинейной трубки с парами наклонных пластин, образующих лабиринт.
На фиг. 5-8 показана работа обратного клапана в виде криволинейной трубки с пластинами.
Поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1-3) содержит кривошипную камеру 1, шатун 2, поршень 3, цилиндр 4, продувочный канал 5, выпускной канал 6, впускной канал 7, свечу зажигания 8, камеру сгорания 9, обратный клапан в виде криволинейной трубки 10 с парами наклонных пластин 11, которые направлены в сторону оси цилиндра 4 и наклонены к оси трубки 10 под углом а, который составляет 30-60 градусов. Шатун 2 установлен на коленчатом валу 12.
Пластины 11 в трубке 10 могут образовывать лабиринт (фиг. 4).
Наибольший эффект достигается в том случае, если объем трубки 10 Vt (фиг. 2 и 4), заключенный между двумя парами противоположных пластин 11 вдоль оси трубки, определен выражением: Vt=Vc/N, где N - четное число равное или больше двух, и Vc - объем кривошипной камеры 1 при положении поршня 3 в середине хода.
Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 3 в цилиндре 4 вниз от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), объем кривошипной камеры 1 уменьшается, из-за чего в ней создается избыточное давление, под действием которого находящаяся в ней топливовоздушная смесь через продувочный канал 5 поступает в цилиндр 4, вытесняя продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, через выпускной канал 6. Одновременно при этом топливовоздушная смесь стремится покинуть кривошипную камеру 1 через впускной канал 7. При этом движении потока топливовоздушной смеси в обратную сторону от оси цилиндра 4, струи потока отбрасываются пластинами 11 в направлении, обратном потоку (фиг. 6), резко суживая проходное сечение трубки 10. Этому способствует криволинейная форма трубки, которая гарантирует движение струй потока под действием центробежной силы к периферии трубки 10, на которой и установлены одна из пары пластин 11. Эта пластина «разворачивает» струю, направляя ее к оси трубки, где движется другая часть потока, отклоняет ее и направляет в сторону другой пластины, одновременно перекрывая сечение трубки. Отклоненная струя ударяется об эту другую пластину и разворачивается в сторону, противоположную общему потоку.
Таким образом, трубка 10 с пластинами 11 при движении потока в обратном направлении, когда поршень 3 идет вниз, оказывает большое сопротивление, в связи с чем этот поток очень мал.
При движении поршня 3 в цилиндре 4 вверх от НМТ к ВМТ в кривошипной камере 1 создается разрежение, и под действием перепада давлений во впускной канал 7 через трубку 10 поступает топливовоздушная смесь. В этом случае, при прохождении потока топливовоздушной смеси в прямом направлении (в сторону оси цилиндра), пластины 11 не оказывают ему существенного гидравлического сопротивления (фиг. 5), т.к. поток плавно огибает пластины 11.
Аналогично работает и трубка 10, в которой пластины 11 образуют лабиринт (фиг. 6 и 7). Такая конструкция предпочтительнее для труб большого сечения.
Одновременно при движении поршня 3 вверх объем цилиндра 4 уменьшается, происходит сжатие топливовоздушной смеси, и при подходе к положению ВМТ, когда вся сжатая топливовоздушная смесь оказывается в камере сгорания, на свечу 8 подается высокое напряжение. Свеча срабатывает, и появившаяся на ее электродах искра поджигает топливовоздушную смесь. При сгорании этой смеси образуются продукты сгорания с высокой температурой и высоким давлением, под действием которого поршень 3 движется вниз от ВМТ к НМТ, передавая усилие, появившееся от перепада на нем, шатуну 2 и далее коленчатому валу 12, преобразуя прямолинейное движение поршня 3 во вращательное движение вала 12.
Затем цикл повторяется.
Практически, в данной конструкции двигателя трубка 10 с пластинами 11 выполняет функцию обратного самодействующего клапана с той разницей, что она не содержит подвижных и соударяющихся частей, и ее надежность и ресурс работы кратно выше, чем у любого самодействующего клапана.
Приведенное соотношение между объемом, заключенным между пластинами и объемом кривошипной камеры, основывается на известном явлении резонанса, учитывает наибольшую первую гармонику и подтверждено экспериментально. Также экспериментально был получен оптимальный угол наклона пластин в 30-60 градусов.
Таким образом, техническая задача повышения экономичности, надежности и ресурса работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания при высокой частоте вращения является выполненной.