ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГИЛЬЗОВЫМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
TWO-STROKE ENGINE WITH SLEEVE GAS DISTRIBUTION

Изобретение относится к области двухтактных двигателей внутреннего сгорания с несимметричными фазами газораспределения.
Известен двигатель с гильзовым газораспределением, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, в котором размещена гильза газораспределения, связанная кинематически с первой кривошипной шейкой коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль геометрической продольной оси цилиндра и возвратно-вращательного движения вокруг геометрической продольной оси цилиндра, внутри гильзы газораспределения размещены головка цилиндра, соединенная с цилиндром и поршень, связанный со второй кривошипной шейкой коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри гильзы газораспределения (см. RU 2028471 С1, опубл., 09.02.1995).
Недостатками известного двигателя являются недостаточная эффективность работы двигателя из-за неиспользования подвижной гильзы в качестве рабочего органа для расширения газов, а также недостаточное время, при котором камера сгорания имеет минимальный объем.
Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения времени на сгорание заряда при обеспечении несимметричных фаз газораспределения в двухтактном процессе.
Поставленная задача достигается тем, что в двухтактном двигателе с гильзовым газораспределением, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр, в котором размещена гильза газораспределения, связанная кинематически с первой кривошипной шейкой коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль геометрической продольной оси цилиндра и возвратно-вращательного движения вокруг геометрической продольной оси цилиндра, внутри гильзы газораспределения размещены головка цилиндра, соединенная с цилиндром и поршень, связанный со второй кривошипной шейкой коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри гильзы газораспределения, согласно изобретению, гильза выполнена ступенчатой с образованием рабочей поверхности кольцевого поршня и цилиндрической полости, в которой размещен поршень, при этом указанная цилиндрическая полость выполнена с диаметром, меньшим диаметра гильзы газораспределения, в которой размещена головка цилиндра, в цилиндре и гильзе выполнены выпускные окна, расположенные с возможностью изменения их пропускного сечения при перемещении гильзы, а в кольцевом поршне выполнены продувочные каналы с окнами, расположенными с возможностью изменения их сечения кромкой поршня.
Поставленная задача достигается также тем, что кинематическая связь гильзы с кривошипной шейкой может быть выполнена в виде кинематического звена, установленного на первой кривошипной шейке посредством подшипника и соединенного с одной обоймой подшипника качения, другая обойма которого закреплена в гильзе, причем геометрическая ось вращения подшипника, закрепленного в гильзе, расположена вдоль продольной геометрической оси цилиндра и смещена относительно нее.
Изобретение поясняется при помощи чертежа, на котором показан продольный разрез двигателя.
Двухтактный двигатель содержит цилиндр 1, в котором размещена гильза 2 газораспределения, связанная кинематически с кривошипной шейкой 3 коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль геометрической продольной оси 4 цилиндра и возвратно-вращательного движения вокруг указанной оси 4. Гильза 2 выполнена ступенчатой с образованием рабочей поверхности 5 кольцевого поршня 6. Внутри цилиндрической полости кольцевого поршня 6 размещен поршень 7 с днищем 8, а внутри гильзы 2 размещена головка 9 цилиндра. При этом цилиндрическая полость поршня 6 выполнена с диаметром, меньшим диаметра гильзы 2 газораспределения, в которой размещена головка 9 цилиндра. Поршень 7 связан с кривошипной шейкой 10 коленчатого вала с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри кольцевого поршня 6 гильзы 2, например, при помощи шатуна 11. В цилиндре 1 и гильзе 2 выполнены выпускные окна, соответственно, 12 и 13, расположенные с возможностью изменения их пропускного сечения при перемещении гильзы 2, а в кольцевом поршне 6 выполнены продувочные каналы 14 с окнами 15, расположенными с возможностью изменения их сечения кромкой поршня 7.
Кинематическая связь гильзы 2 с кривошипной шейкой 3 может быть выполнена в виде кинематического звена 16, установленного на кривошипной шейке 3 посредством подшипника качения 17 и соединенного с одной его обоймой 18. Другая обойма 19 подшипника 17 закреплена в гильзе 2, причем геометрическая ось 20 вращения подшипника 17 расположена вдоль продольной геометрической оси 4 цилиндра и смещена относительно нее.
Двигатель работает следующим образом. В конце такта сжатия поршень 7 и гильза 2 со ступенью кольцевого поршня 6 приближаются к верхней мертвой точке (ВМТ). В районе ВМТ происходит воспламенение или самовоспламенение сжатого заряда с последующим расширением продуктов сгорания при перемещении обоих поршней 6 и 7 к нижней мертвой точке (НМТ). В конце расширения выпускные окна 13 открывают проход продуктам сгорания в выпускные окна 12 цилиндра 1, и начинается процесс свободного выпуска продуктов сгорания из цилиндра 1. После окончания свободного выпуска поршень 7 открывает продувочные окна 15, через которые по продувочным каналам 14, выполненным в кольцевом поршне 6, в цилиндр поступает свежий заряд, и начинается процесс продувки цилиндра 1, заканчивающийся в момент закрытия гильзой 2 выпускных окон 12 цилиндра 1. После закрытия выпускных окон 12 продолжается наполнение цилиндра 1 свежим зарядом без его потерь в выпускную систему двигателя. При этом закрытие окон 12 ускоряется за счет поперечного движения гильзы 2, что позволяет обеспечить асимметрию фаз газораспределения в двухтактном двигателе.
При движении от НМТ поршень 7 своей кромкой перекрывает продувочные окна 15, и начинается процесс сжатия свежего заряда в цилиндре 1 совместным перемещением обоих поршней 6 и 7 к ВМТ.
В районе ВМТ закон перемещения поршней 6 и 7 определяет скорость изменения объема камеры сгорания над поршнями. Чем медленнее увеличивается указанный объем, тем выше полнота сгорания. Использование шатуна 11 для привода поршня 7 приводит к ускоренному движению поршня 7 от ВМТ, что снижает эффективность работы двигателя из-за недогорания заряда. Наличие поршня 6, приводимого звеном 16, совершающего плоскопараллельное движение, позволяет уменьшить скорость увеличения объема камеры сгорания, что позволяет повысить эффективность работы двигателя.
Кривошипный шейки 3 и 10 могут быть смещены по углу поворота вала одна относительно другой. При этом гильза 2 с поршнем 6 опережает движение поршня 7, что позволяет еще более замедлить увеличение объема камеры сгорания. Кроме того, такое угловое смещение увеличивает асимметрию фаз газораспределения.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить эффективность работы двигателя за счет использования подвижной гильзы как в качестве органа газораспределения, обеспечивающего асимметрию фаз газораспределения, так и рабочего органа для расширения газов, передающего полезную работу на вал и позволяющего увеличить время, при котором камера сгорания имеет минимальный объем.