Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

пв делен изебретеннй и открытийДата опубликования описания 17.09.82(72) Авторыизобретения А. И. Костин, В, М, Кушуль, П. С. Герзон и В. И. Панин Ленинградский институт авиационного приборостроенияи Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторскийи технологический институт мотоциклов и малолитражнйхдвигателей внутреннего сгорания(54) ДВУХТАКТНЫЛ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯИзобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, а именно к двухтактным двигателям впутреннего сгорания. Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала, поршни, кинематически связанные с коленчатым валом и образующие камеры сгорания различного объема, свечу зажигания, установленную в первом цилиндре с меньшим объемом камеры сгорания, впускной канал первого цилиндра, выпускной канал второго и карбюратор, установленный во впускном канале первого цилиндра и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха Аот 0,75 до 1,2. Поршни движутся со сдвигом по фазе. В цилиндрах осуществляется прямоточная продувка с помощью приводного продувочного насоса через соединительный канал, площадь которого составляет 20 - 25% площади поршня 11.Однако в двигателях горючая смесь располагается между слоями воздуха. Наличие слоев воздуха вместо горючей смеси в таком двигателе приводит к снижению максимальной мощности, которая может быть ниже, чем у обычных двухтактных двигателей (без послойного смесеобразова ния), Для стабильного воспламенения смеси на всех режимах работы граница между горючей смесью и воздухом должна быть достаточно четкой. Поэтому эта граница сохраняется и в процессе сгорания, в результате токсичность отработавших газов практически будет такой же, как у обычного двухтактного двигателя из-за отсутствия мер по смешению горящего заряда с воздухом, Предлагаемое повышение экономичности в значительной мере уменьшается из-за затя гивания процесса сгорания (свеча расположена по оси цилиндра и значительно удалена от второй камеры сгорания), не может быть осуществлено факельное зажигание части заряда из-за большого сечения канала и из-за введения приводного продувочного насоса. Последнее приводит также к значительному усложнению двигателя. К недостаткам следует отнести и неиспользование качественного регулирования мощности, так как предусмотрено регулирование толь 956827ко,цисселированием, примерно при постоянном коэффициенте избытка воздуха с,Извесгны также двухтактные двигатели внутреннего сгорания, содержащие по мень.ней мерс одну пару цилиндров, сообщенных между собой нри помощи соединительного 5 кана.а, поршни, кинематичеки связанные с колснчатым валом и образующие камеру сжп сия в нервом цилиндре, свечу зажигания, установленную в этой камере, впускные, продувочные и выпускные каналы каждого ци 1 О линдра и карбюратор, установленный во впускном канале первого цилиндра и предназначенный для приготовления горючей смен с коэффициентом избытка воздуха ас от 0,5 до 1,2 2 .Однако двигатели обладают недостаточнс й экономичностью, а, кроме того, токсично ти этих двигателей сравнительно высока,Целью изобретения является повышение эксшомичности двигателя и снижение токсичности оп работавших газов,указанная цель достигается тем, что двигатс,ь снабжен изолированными и подключенными к продувочным каналам кривошип- ными камерами для каждого цилиндра, но нпускном канале второго цилиндра уста 20 25 атвлсн карбн)ратор, выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси с к 0,75, второй цилиндр выполнен с камерой сжатия, большей по объему, чем камера сжатия НсрВОГО цИЛИНдра, СВЕЧа ЗажИГаНИя Зо установлена в зоне, примыкающей к соединительному каналу, площадь сечения последнего выполнена равной 4 - 0% от плосцади днища поршня, и коленчатый вал выполнен с возможностью синхронного движ ния поршней.Причем объем камеры сжатия первого цилиндра выполнен равным 6 - 20% от объема камеры сжатия второго цилиндра.На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого двигателя, разрез; на фиг. 2 - 40 разрез А - А на фиг. 1,Двигатель содержит по меньшей мере одну пару цилиндров 1 и 2, сообщенных между собой при помощи соединительного канала 3, поршни 4, кинематически связанные с коленчатым валом 5 и образующие камеры 45 6 и 7 сжатия, причем объем камеры 6 сжатия первого цилиндра 1 составляет 6 - 20% от объема камеры 7 сжатия второго цилиндра 2, свечу 8 зажигания, установленную в камере 6 в зоне, примыкающей к соеди нительному каналу 3, впускные 9, продувочные 10 и выпускные 11 каналы каждого цилиндра, карбюратор 12, установленный во впускном канале 9 цилиндра 1 и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха К от 0,75 55 до 1,2, и карбюратор 13, установленный во впускном канале 9 цилиндра 2 и выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси с сс0,75. К продувочным каналам 10 каждого цилиндра подключены кривошипные камеры 14 и 5, разделенные уплотнительной манжетой 16. Площадь сечения соединительного канала 3 составляет 4 - 10% от площади днища поршня 4 и коленчатый вал 5 выполнен с возможностью синхронного движения поршней 4.Двигатель работает следующим образом.Раздельное питание цилиндров 1 и 2 от карбюраторов 12 и 13, а также наличие самостоятельных кривошипных камеры 14 и 15, впускных 9, продувочных 10 и выпуск- ных 11 каналов позволяет создать при синхронном движении поршней к верхней мертвой точке независимый состав зарядов в цилиндрах. Поэтому в цилиндре 1 находится смесь с коэффициентом избытка воздуха ас от 0,75 до 1,2, что обеспечивает устойчивое зажигание от свечи 8, В цилиндре 2 находится смесь с аС )0,75.К концу процесса сжатия в цилиндре 1 сохраняются благоприятные условия для зажигания смеси от искры, так как состав заряда в нем остается прежним. Это связано с тем, что на ходе сжатия имеет место вытеснение заряда только из цилиндра 1 в цилиндр 2 через канал 3, которое обеспечивается синхронным движением поршней 4 и меньшим объемом камеры 6 сжатия в цилиндре 1.После воспламенения заряда от свечи 8 и начавшегося горения в цилиндре 1 горящие газы в виде факела выбрасываются в камеру 7 сжатия цилиндра 2. Факельное зажигание позволяет осуществить сжигание в цилиндре 2 смеси переменного состава с высокой скоростью. Повышенная эффективность факела в данном случае связана с дополнительным перетеканием заряда из цилиндра 1 из-за его вытеснения поршнем 4. Оптимальный эффект факельного зажигания получен при сечении канала 3 в пределах 4 - 10% от площади днища поршня. Создаваемое вследствие перетекания заряда интенсивное вихревое движение заряда в цилиндре 2 (наряду с факельным зажиганием) устраняет возможность появления детонации при повышенной скорости сжатия. Подавление детонации в цилиндре 1 достигается уменьшением объема камеры 6 сжатия до 6. - 20% от объема камеры 7 сжатияцилиндра 2.Таким образом, на режиме максимальной мощности в оба цилиндра подается смесь мощностного состава например, сс= 0,75 - 0,85). По мере снижения мощности в цилиндре 1 смесь постепенно обедняется до экономичного состава (например, = 1,в 1,2), а в цилиндре 2 смесь постепенно обедняется вплоть до чистого воздуха. Так,например, при одинаковых диаметрах цилиндров качественнсе регулирование мощности возможно до ы = 2,2 - 2,4 (при подаче вцилиндр 1 смеси с = 1,1 - 1,2, в цилиндр 2 - воздуха). И только дальнейшее снижение мощности требует перехода к дросселированию. На предлагаемом двигателе возможно использовать качественное регулирование и во всем диапазоне рабочих ре жимов, но в этом случае рабочий объем цилиндра 1 должен быть меньше рабочего объема цилиндра 2 (примерно в отношении 1: 4).1 ОПосле развития горения в цилиндре 2 начинается обратное перетекание заряда в ци. линдр 1, способствующее вследствие турбулизации улучшению полноты сгорания в данном цилиндре. Важнейшее влияние на токсичность отработавших газов оказывает уровень смешения зарядов цилиндров 1 и 2 в процессе сгорания. Чем полнее смешиваются заряды различного состава, тем ниже токсичность отработавших газов. Уровень смешения находится в прямой зависимости от уменьшения объема камеры 6 сжатия цилиндра 1. Однако минимальный объем камеры 6 сжатия должен быть сохранен для продолжения процесса сгорания в этом цилиндре. В момент подхода поршня 4 к верхней мертвой точке в цилиндре 1 не должна обрываться реакция горения (например, изза достижения критической толщины горящего слоя). Исходя из сохранения критической толщины горящего слоя, объем камеры 6 сжатия цилиндра 1 должен составлять 6 - 20% от объема камеры 7 сжатия 30 цилиндра 2,На приведенных фиг. изображен двигатель с внешним смесеобразованием, но предлагаемый двигатель может работать и с внутренним смесеобразованием.Таким образом, согласно изобретению обеспечивается повышение экономичности двигателя и снижение токсичности отработавших газов. 40 Формула изобретения1. Двухтакп ный двигатель внутреннегосгорания, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров, сообщенных между собой при помощи соединительного канала,поршни, кинематически связанные с коленчатым валом и образующие камеру сжатияв первом цилиндре, свечу зажигания, установленную в этой камере, впускные, продувочные и выпускные каналы каждого цилиндра и карбюратор, установленный вовпускном канале первого цилиндра и предназначенный для приготовления горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха сот0,75 до 1,2, отличающийся тем, что, с цельюповышения экономичности двигателя и снижения токсичности отработавших газов, двигатель снабжен изолированными и подключенными к продувочным каналам кривошипными камерами для каждого цилиндра, вовпускном канале второго цилиндра установлен карбюратор, выполненный с возможностью добавки топлива к впускаемому воздуху для приготовления горючей смеси ск )0,75, второй цилиндр выполнен с камерой сжатия, большей по объему, чем камера сжатия первого цилиндра, свеча зажигания установлена в зоне, примыкающей ксоединительному каналу, площадь сеченияпоследнего выполнена равной 4 - 10 О/О отплощади днища поршня, и коленчатый валвыполнен с возможностью синхронного движения поршней.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем,что объем камеры сжатия первого цилиндра выполнен равным 6 - 200/о от объема камеры сжатия второго цилиндра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США2063817, кл. 123 в ,опублик. 936.2. Кушуль В. М. Новый тип двигателявнутреннего сгорания. Л., Судостроение,1965, с. 32 - 37./ в .4 Ъг Редактор Н, БобковаЗаказ 6555(19ВНИИПИпо д113035, МоФилиал ППП орозовКорректор Н. КоролПодписноетета СССРткрытийнаб д, 4/5Ул Проектная 4 Составитель В, МТехред А. БоикасТираж 552Государственного комилам изобретений и оква, Ж - 35, РаушскаяПатент, г, Ужгород,