Однотактный двигатель внутреннего сгорания
SINGLE-CYCLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве однотактных двигателей внутреннего сгорания.
Известен «Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляется одновременно с рабочим ходом, отличающийся тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан в виде пустотелого цилиндра с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление которого, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.
Патент на изобретение РФ №2470167, МКИ: F02B 53/08, д.публ. 10.06.2011. Известен «Однотактный рекуперационный двигатель, оборудованный системами обеспечения работы, содержащий, по крайней мере, одну рабочую камеру, оборудованную двумя торцевыми крышками, внутри которой установлен, по крайней мере, один поршень двойного действия с двумя рабочими поверхностями, разделяющий рабочую камеру, по крайней мере, на два рабочих объема, поршень соединен, по крайней мере, с одним штоком, по крайней мере, одного бесшатунного преобразователя движения, который обеспечивает поршню выстой в мертвых точках, при этом система рекуперации выполнена воздушной и снабжена ресивером, а рабочая камера выполнена с возможностью работы в режиме компрессора.
Патент на изобретение РФ №2440500, МКИ: F02B 75/32, д.публ. 20.01.2012 Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является Двухтактный двигатель внутреннего сгорания», содержащий ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень с компрессионными кольцами, делящий цилиндр на две полости, одна из которых кольцевая боковая, в стенках которой выполнены впускные окна, является рабочей, а вторая - надпоршневая полость выполнена с выхлопным каналом, отличающийся тем, что ступенчатый поршень в верхней части снабжен компрессионным кольцом, а надпоршневая полость выполнена как всасывающая и снабжена перепускными окнами, выполненными как боковые проточки в компрессионном кольце ступенчатого поршня, при этом выхлопной канал, связывающий всасывающую полость с атмосферой, снабжен обратным клапаном, а впускные окна рабочей полости расположены под углом 45° к цилиндрической стенке рабочей полости в плоскости поперечного сечения, кроме того, объемы всасывающей и рабочей полостей соотносятся между собой как (3-4):1.
Патент на изобретение РФ, №2638419, МКИ: F02B 75/32,.публ. 13.12.2017.
К техническому результату относится увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания без увеличения его габаритов, массы, нагрузки на детали и частоты вращения коленчатого вала, за счет установки внутри подвижного ступенчатого поршня еще одного неподвижного поршня, образующего с подвижным поршнем две дополнительные просасывающие камеры верхнюю и нижнюю.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что Однотактный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит ступенчатый цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра ступенчатый поршень, снабженный компрессионными кольцами, и делящий цилиндр на две камеры верхнюю и нижнюю. При этом верхняя и нижняя камеры выполнены рабочими цилиндрической кольцевой формы. Внутри подвижного ступенчатого поршня установлен еще один неподвижный поршень, образующий с подвижным поршнем две дополнительные просасывающие камеры верхнюю и нижнюю. При этом в положении подвижного поршня в «верхней мертвой точке» верхняя рабочая цилиндрическая кольцевая камера через окна в стенках цилиндра соединена с картером двигателя, а через окна в стенках подвижного поршня - с верхней просасывающей камерой. В свою очередь, нижняя просасывающая камера соединена через обратный клапан с атмосферой. При положении подвижного поршня в «нижней мертвой точке», нижняя кольцевая рабочая камера соединена с картером двигателя и с нижней просасывающей камерой, а верхняя просасывающая камера - с атмосферой через обратный клапан.
Однотактный двигатель внутреннего сгорания поясняется чертежом на Фиг. 1.
Фиг. 1 - Однотактный двигатель внутреннего сгорания (общий чертеж-схема).
Однотактный двигатель внутреннего сгорания согласно фиг 1 содержит: корпус 1, ступенчатый цилиндр 2, ступенчатый поршень 3, соединенный шатуном 4 непосредственно с коленчатым валом, и неподвижный поршень 5, расположенный внутри полого поршня 3.
Цилиндр 2 с подвижным поршнем 3 образуют верхнюю цилиндрическую кольцевую рабочую камеру 6 и нижнюю цилиндрическую кольцевую рабочую камеру 7. Подвижный поршень 3 с неподвижным поршнем 5 образуют две дополнительные просасывающие камеры: верхнюю 8 и нижнюю 9. Кольцевые рабочие камеры 6 и 7 окнами 10, 11 и 12и кольцевым каналом 13 сообщаются с картером 14 двигателя.
Окна 15 при положении поршня 3 «в верхней мертвой точке» соединяют кольцевую рабочую камеру 6 с верхней просасывающей камерой 8, образованной между подвижным 3 и неподвижным 5 поршнями, а в положении поршня в «нижней мертвой точке» нижнюю кольцевую рабочую камеру - с нижней просасывающей камерой 9. Нижняя и верхняя просасывающие камеры 8 и 9, образованные между подвижным 3 и неподвижным 5 поршнями окнами 16 и 17 с обратными клапанами 18 через канал 19 и окна 20 и 21 сообщаются с атмосферой.
Для придания просасываемому воздуху вихревого движения окна 11 и 12 выполнены под углом 45° относительно касательной к боковой поверхности цилиндра. Форсунки 22 и 23 предназначены для впрыска топлива в кольцевые рабочие камеры 6 и 7.
Однотактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом: процессы происходят одновременно и в верхней и в нижней части цилиндра с отставанием по фазе на 180°. В положении подвижного поршня 3 «верхняя мертвая точка» происходит просасывание верхней кольцевой рабочей камеры 6 через окна 10, канал 13 и окна 12 и 15 воздухом из картера 14, содержащим пары масла, необходимого для смазки, и выпуск отработавших газов из нижней просасывающей камеры 9 через окна 16 с обратным клапаном 18, канал 19 и окна 20 и 21 осуществляется в атмосферу, а впрыск топлива в нижнюю кольцевую рабочую камеру 7 осуществляется из форсунки 22. При движении поршня 3 к «нижней мертвой точке» в верхней кольцевой рабочей камере 6 воздух сжимается, а в нижней кольцевой рабочей камере 7 расширяются продукты горения, производя полезную механическую работу, соответственно в нижней просасывающей камере 9 при закрытом обратном клапане 18 образуется вакуум.
При достижении поршнем 3 «нижней мертвой точки» происходит впрыск топлива через форсунку 23 в кольцевую рабочую камеру 6. Вихревое кольцевое движение воздуха в камере сгорания способствует интенсивному и полному сгорания топлива.
Далее - в описанном выше порядке только при движении поршня 3 к «верхней мертвой точке».
Таким образом, при каждом обороте коленчатого вала происходит два рабочих хода в одном цилиндре, что приводит к удвоению мощности двухтактного двигателя или увеличению в четыре раза мощности четырехтактного двигателя без увеличения нагрузки на узлы двигателя, габаритов, массы и частоты вращения коленчатого вала.
Применяя предлагаемое изобретение для модернизации существующих двигателей, можно, например, увеличить мощность двигателей: Владимирского четырехцилиндрового с 60 л.с. до 240 л.с, Ярославского ЯМЗ 650.10 с 412 л.с. до 1648 л.с, Ленинградского М756 с 1000 л.с. до 4000 л.с. без увеличения габаритов, массы, нагрузки на детали и числа оборотов коленчатого вала.