ЦИЛИНДРОПОРШНЕВАЯ ГРУППА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
CYLINDER-AND-PISTON GROUP OF TWO-STROKE ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двухтактным двигателям с несимметричными фазами газораспределения.
Известна цилиндропоршневая группа двухтактного двигателя, содержащая цилиндр, установленный в цилиндре кольцевой поршень с размещенным в нем внутренним поршнем, снабженным днищем и тронком, при этом каждый поршень связан с соответствующей кривошипной шейкой с возможностью перемещения относительно цилиндра и совпадения при этом направления перемещения поршней, по крайней мере, на части своего рабочего хода, а поршни разделяют цилиндр на рабочую и подпоршневую полости, а в цилиндре выполнены выпускные окна (US 2394269 А, опуб., 05.02.1946).
Недостатком известной цилиндропоршневой группы является узкий диапазон асимметрии фаз газораспределения в двухтактном двигателе, который может быть обеспечен лишь незначительным угловым смещением кривошипов кольцевого и внутреннего поршней, ограниченным снижением эффективности работы двигателя при увеличении такого смещения.
Техническим результатом заявленного двигателя является повышение эффективности работы двигателя за счет снижения потерь заряда при продувке.
Поставленная задача достигается тем, что в цилиндропоршневой группе двухтактного двигателя, содержащей цилиндр, установленный в цилиндре кольцевой поршень с размещенным в нем внутренним поршнем, снабженным днищем и тронком, при этом каждый поршень связан с соответствующей кривошипной шейкой с возможностью перемещения относительно цилиндра и совпадения при этом направления перемещения поршней, по крайней мере, на части своего хода, а поршни разделяют цилиндр на рабочую и подпоршневую полости, а в цилиндре выполнены выпускные окна, согласно изобретению, кольцевой поршень связан с кривошипной шейкой при помощи шарнира, место размещения которого в кольцевом поршне смещено от геометрической продольной оси цилиндра, с возможностью дополнительного возвратно-вращательного движения кольцевого поршня вокруг геометрической продольной оси цилиндра, рабочая полость сообщена с подпоршневой полостью посредством продувочных каналов, выполненных в кольцевом поршне и перепускных окон, выполненных в тронке внутреннего поршня, с возможностью изменения сечения перепускных окон при движении поршней от нижней мертвой точки за счет поворота кольцевого поршня, а выпускные окна расположены с возможностью изменения их сечения кромкой кольцевого поршня.
Поставленная задача достигается также тем, что шарнир связи кольцевого поршня выполнен в виде подшипника качения, одна обойма которого закреплена в кольцевом поршне, а другая обойма связана с соответствующей кривошипной шейкой при помощи кинематического звена, при этом геометрическая ось вращения подшипника, закрепленного в кольцевом поршне, расположена вдоль продольной геометрической оси цилиндра.
Изобретение поясняется при помощи чертежей. На фиг. 1 показан продольный разрез цилиндропоршневой группы; На фиг. 2 - вид на кольцевой поршень с шарниром и звеном привода; На фиг. 3 - вид на внутренний поршень.
Описываемое устройство содержит цилиндр 1, установленный в нем кольцевой поршень 2 с размещенным в нем внутренним поршнем 3, который снабжен днищем 4 и тронком 5. Кольцевой поршень 2 связан с кривошипной шейкой 6, а внутренний поршень 3 связан с кривошипной шейкой 7. Кольцевой поршень 2 связан с шейкой 6 при помощи шарнира, выполненного в виде подшипника качения 8, одна обойма 9 которого закреплена в кольцевом поршне 2, а другая его обойма 10 связана с шейкой 6 при помощи кинематического звена 11, при этом геометрическая ось 12 вращения подшипника 8 расположена вдоль продольной геометрической оси 13 цилиндра 1. место размещения подшипника 8 (его геометрической оси 12) в кольцевом поршне 2 смещено от геометрической оси 13 цилиндра 1 для обеспечения дополнительного возвратно-вращательного движения кольцевого поршня 2 вокруг геометрической продольной оси 13 цилиндра 1. Направление движения поршней 2 и 3 относительно цилиндра 1 совпадает, по крайней мере, на части своего хода. В цилиндре 1 выполнены выпускные окна 14 с возможностью изменения их сечения кромкой кольцевого поршня 2. Поршни 2 и 3 разделяют цилиндр 1 на рабочую полость 15, в которой осуществляется двухтактный рабочий процесс двигателя и подпоршневую полость 16. При этом рабочая полость 15 сообщена с подпоршневой полостью 16 посредством продувочных каналов 17, выполненных в кольцевом поршне 2 и перепускных окон 18, выполненных в тронке 5 внутреннего поршня 3. Сечение перепускных окон 18 изменяется при положении поршней 2 и 3 в районе нижней мертвой точки (НМТ) за счет поворота кольцевого поршня 2 вокруг оси 13 и внутреннего поршня 3.
В конце процесса расширения газов в надпоршневой рабочей полости 15 при движении обоих поршней 2 и 3 к НМТ кромкой поршня 2 открываются выпускные окна 14 цилиндра 1, и начинается свободный выпуск продуктов сгорания из цилиндра 1. При дальнейшем движении поршней к НМТ поршень 3 своей кромкой открывает продувочные окна 19 продувочных каналов 17, и начинается процесс продувки цилиндра 1 путем перепуска свежего заряда из подпоршневой полости 16 в рабочую полость 15 через перепускные окна 18 поршня 3, продувочные каналы 17 и продувочные окна 19 поршня 2. Во время процесса продувки поршень 2 закрывает выпускные окна 14, и продолжается процесс наполнения рабочей полости 15 свежим зарядом без его потери в выпускную систему. При движении внутреннего поршня 3 от НМТ свежий заряд из рабочей полости 15 может возвращаться обратно в подпоршневую полость 16 под действием разрежения в ней. Однако поворот кольцевого поршня 2 вокруг оси 13 за счет особенностей его привода перекрывает полностью перепускные окна 18 или дросселирует их, предотвращая или снижая перетечки свежего заряда обратно в подпоршневую полость 16 из рабочей полости 15.
Поворот поршня 2 вокруг оси 13 осуществляется за счет смещения от нее оси 12 подшипника 8. То есть поршень 2 перемещается по овальной замкнутой траектории.
После закрытия всех окон в рабочей полости 15 цилиндра 1 начинается процесс сжатия свежего заряда с последующим его сжиганием в районе верхней мертвой точки (ВМТ).
Описанным образом осуществляется рабочий процесс двухтактного двигателя с несимметричными фазами газораспределения. Асимметрия фаз может быть увеличена путем сдвига фаз относительного перемещения поршней, например, за счет углового смещения кривошипных шеек 6 и 7.
При этом следует отметить, что близкий к синусоидальному закон перемещения кольцевого поршня 2, связанный с особенностями его привода, позволяет уменьшить скорость увеличения объема камеры сгорания при движении обоих поршней от ВМТ. Сдвиг фаз относительного перемещения поршней еще более снижает указанную скорость увеличения объема.
Таким образом, описанная цилиндропоршневая группа позволяет повысить эффективность работы двигателя за счет снижения потерь заряда при продувке путем реализации в двигателе несимметричных фаз газораспределения и снижения за счет этого потерь свежего заряда из рабочей полости.