Двухпоршневой двигатель


Двухпоршневой двигатель

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является упрощение конструкции, улучшение экономичности, надежности и снижение уровня шума. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, с торцов которого навстречу друг другу вставлены поршни (3, 4). Они соединены с шатунами (5, 6), опирающимися на коленчатые валы (7, 8). Вращение валов синхронизировано механической передачей так, что поршни могут двигаться или оба вправо или оба влево. При этом ширина зазора между поршнями непостоянна из-за изменения горизонтальных проекций периодически наклоняющихся шатунов. Ближе к одному краю цилиндра расположена свеча зажигания 1, а ближе к другому - впускное окно с обратным клапаном (9), соединенное с каналом (10) подачи горючей смеси, и выпускное окно с обратным клапаном (11), присоединенное к выхлопному каналу (12). Технический результат заключается в простоте. 4 ил.

 

Относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

На сегодняшний день предложено огромное разнообразие конструкций двигателей внутреннего сгорания с различным исполнением образующих расширительную камеру рабочих органов. Из них можно вычленить небольшую группу, отличающуюся встречным расположением двух поршней в одном цилиндре. Основное преимущество таких моторов состоит в увеличении удельной мощности и снижении вибраций за счет противофазного движения поршней [1]. Однако неизбежное усложнение конструкции не компенсируется получаемыми выгодами.

Есть примеры неординарного подхода в данном направлении, где с целью упрощения газораспределения движение поршней осуществляется по сложному закону, задаваемому их сопряжением с коленчатым валом через промежуточные элементы [2]. Существенным недостатком такого технического решения являются повышенные требования к прочности упомянутых промежуточных элементов, испытывающих ударные нагрузки от поршня.

Задачей предлагаемого изобретения была разработка предельно простого двигателя внутреннего сгорания с парным размещением поршней в цилиндрах без принудительной системы газораспределения.

В качестве прототипа был взят простейший бесклапанный двигатель с расположением двух поршней в одном цилиндре [3].

Суть изобретения проиллюстрирована на фиг.1, где показаны разные стадии работы двигателя, а снизу обозначены основные элементы. Свеча зажигания 1 пропущена сквозь стенку корпуса 2 до цилиндрической полости, с торцов которой вставлены поршни 3 и 4, шарнирно соединенные с шатунами 5 и 6, у которых через отверстия на концах проходят коленчатые валы 7 и 8, связанные между собой механической передачей (не показано), позволяющей поршням 3 и 4 двигаться только в одинаковом направлении: оба вправо или оба влево. В корпусе имеются впускные и выпускные окна, соответственно соединяющие указанную полость через обратный клапан 9 с каналом подачи горючей смеси 10 и через обратный клапан 11 с выхлопным каналом 12.

Устройство работает следующим образом. При условно исходном угле синхронного поворота коленчатых валов φ=0° поршни 3 и 4 находятся в крайних левых положениях, и между ними остается незначительный промежуток. При повороте коленчатых валов 7 и 8 по часовой стрелке поршни движутся вправо, а углы наклона шатунов 5 и 6 возрастают. Это ведет к укорочению их горизонтальных проекций и, как следствие, относительному расхождению поршней. Возникающее разрежение открывает клапан 9 для поступления горючей смеси из канала 10. Происходит такт «Впуск», заканчивающийся при φ=90°, когда ширина промежутка достигает максимального значения.

При последующем повороте коленчатых валов поршни продолжают движение вправо, но уже приближаясь друг к другу и сжимая горючую смесь. Происходит такт «Сжатие», заканчивающийся при φ=180°, что соответствует крайним правым положениям поршней. Полость между поршнями оказывается напротив свечи 1, которая воспламеняет горючую смесь, приводя к резкому росту давления образовавшихся продуктов сгорания. Очевидно, что в простейшем случае искровое напряжение может подаваться непрерывно.

Из общих принципов механики следует, что хотя газы и давят на оба поршня, они обязаны изменять состояние системы в направлении увеличения объема, т.е. расширения промежутка между поршнями, которое как раз и начинается после прохождения крайних правых положений. Данное утверждение легко доказать, подробно рассматривая разницу действующих на коленчатые валы вращательных моментов. Происходит такт «Рабочий ход», заканчивающийся при φ=270°, когда достигается второй максимум относительного расхождения поршней.

Затем при повороте до φ=360° (что эквивалентно φ=0°) происходит «Выпуск». Сжимаемые между поршнями газы открывают клапан 11 и уходят в выхлопной канал 12.

Таким образом, один возвратно-поступательный цикл движения поршней охватывает четыре стандартных такта традиционного двигателя внутреннего сгорания. Для большей наглядности на фиг.2 изображены изменения горизонтальных координат x внутренних краев левого (Л) и правого (П) поршней во всем диапазоне углов φ.

Если радиус кривошипа у правого коленчатого вала сделать больше, чем у левого, то легко задать очень близкое схождение поршней в крайних левых положениях независимо от размера промежутка между ними в крайних правых положениях (фиг.3). Это позволяет обеспечить предельно возможную полноту всасывания и выпуска.

Введением небольшого отставания по углу правого коленчатого вала от левого можно сделать так, что степень расширения при рабочем ходе будет больше, чем степень сжатия горючей смеси. Это видно на фиг.4, где отставание составляет 10°, а угол φ относится к левому валу. Данное обстоятельство дает возможность увеличить КПД двигателя.

Горючая смесь образуется в карбюраторе или смесителе для газообразного топлива. Выхлопной канал соединен с выхлопной трубой. В корпусе двигателя можно расположить ряд цилиндрических полостей, окруженных единой рубашкой жидкостного охлаждения. Для них будут общими канал подачи горючей смеси, выхлопной канал и коленчатые валы. Вращение коленчатых валов может быть не только одинаковым (как показано на фиг.1), но и противоположным при условии совпадения моментов горизонтального расположения каждой пары шатунов (за вычетом возможного отставания).

Отсутствие принудительной системы газораспределения приводит к значительному снижению уровня шума, повышению надежности и упрощению эксплуатации двигателя.

Технический результат изобретения заключается в простоте, экономичности, высокой надежности и низком уровень шума.

Источники информации

1. Патент США №1308400 от 01.07.1919 г.

2. Патент РФ №2009347 от 16.07.1990 г.

3. Патент США №898913 от 15.09.1908 г.

Двухпоршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, в стенках которого имеются свеча зажигания, впускные и выпускные окна, а с противоположных торцов вставлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, через отверстия на концах которых пропущены коленчатые валы, связанные между собой механической передачей, отличающийся тем, что оба поршня имеют возможность движения только в одинаковом направлении, а впускные и выпускные окна содержат обратные клапаны.

www.findpatent.ru

Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, предназначен для достижения наименьшего расхода топлива на полученную единицу мощности двигателя и отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90% от величины максимальной компрессии. Изобретение обеспечивает наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известно изобретение - "Двухцилиндровый двигатель с одной камерой сгорания, способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси /варианты/, камера сгорания двухцилиндрового двигателя, способ воспламенения воздушно-топливной смеси".

Способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси в двухцилиндровом двигателе с коленчатым валом, с двумя рабочими поршнями, с одной камерой сгорания, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в одной камере сгорания создают основным и вспомогательным рабочими поршнями, взаимодействующими с коленчатым валом, состоящим из двух колен, центральные линии которых /вид с торца/, исходящие из центра оси коленчатого вала, имеют между собой угол в пределах от 0,1° до 89,9°, при достижении верхней /внутренней/ мертвой точки основным рабочим поршнем, создают в одной камере сгорания максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси, большая часть которой в этот момент находится во вспомогательном и переходном объемах одной камеры сгорания, после чего двигают основной рабочий поршень из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая основной объем камеры сгорания, одновременно с этим вспомогательным рабочим поршнем, двигающимся к верхней мертвой точке, перемещают максимально сжатую воздушно-топливную смесь из вспомогательного объема и переходного объема камеры сгорания в основной объем камеры сгорания и при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки воспламеняют максимально сжатую воздушно-топливную смесь в одной камере сгорания, причем величина вспомогательного объема камеры сгорания при нахождении вспомогательного рабочего поршня в верхней /внутренней/ мертвой точке составляет от 0,0001 до 40% от величины основного объема камеры сгорания в этот момент /Патент России №2187669, F 02 В 33/22, 20 августа 2002 г./.

Это изобретение взято в качестве прототипа. К недостаткам прототипа относится то, что запатентованный способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси является ошибочным. При достижении основным рабочим поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки можно создать максимальную величину степени сжатия, но ввиду нелинейности перемещения основного и вспомогательного рабочих поршней невозможно сохранить максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки и движении основного рабочего поршня к своей нижней мертвой точке.

Задачей изобретения является создание эффективного способа сжатия и воспламенения топливной смеси, при котором достигается наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя.

Технический результат достигается за счет того, что способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.

В заявленном изобретении, как и в прототипе, максимальное давление газов после воспламенения получают, когда первый /основной/ поршень 9 уже двигается из своей верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке и имеет значительный рычаг воздействия на ось коленчатого вала 2, но начинать воспламенять топливную смесь можно и до достижения верхней мертвой точки первым /основным/ поршнем 9, а второй /вспомогательный/ поршень 10, выполнив роль компрессора /поршня досжатия/, работает как обычный поршень.

На фиг.1 показан двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, первый поршень 9 находится в верхней мертвой точке, второй поршень 10 находится в пути из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.

На фиг.2 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.1.

На фиг.3 - двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, второй поршень 10 находится в верхней мертвой точке, первый поршень 9 находится в пути из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

На фиг.4 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.3.

На фиг.5 - колено 4 второго поршня 10, диапазон угла отклонения в пределах 90°-0,1°, не доходя до своей верхней точки, в определенный момент времени, в секторе движения колена 4 от 90° до 0,1° относительно верхней точки, создается максимальная компрессия.

На фиг.6 - колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - после прохождения своей верхней точки и колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки, момент достижения величины максимальной компрессии в камере сгорания при равных углах отклонения колен 3 и 4 коленчатого вала 2.

На фиг.7 - момент начала воспламенения топливной смеси, колена 3 и 4 коленчатого вала 2 первого 9 и второго 10 поршней - не доходя до своих верхних точек.

На фиг.8 - момент начала воспламенения топливной смеси, колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - находится в своей верхней точке, колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки.

На фиг.9 - колено 3 первого поршня 9, в определенный момент времени, в секторе движения колена 3 от 30° до верхней точки и до 60° после верхней точки, создается максимальная компрессия.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания содержит картер 1, коленчатый вал 2, первое колено 3, второе колено 4, первый шатун 5, второй шатун 6, первый цилиндр 7, второй цилиндр 8, первый поршень 9, второй поршень 10, первый объем 11 камеры сгорания, второй объем 12 камеры сгорания, переходный объем /переходник/ 13 камеры сгорания, вторую свечу 14 зажигания, первую свечу 15 зажигания, впускной клапан 16, впускной клапан 17, выпускной клапан 18.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания предназначен для работы на газе, бензине, возможно применение инжектора в двигателе, если добавить в конструкцию двигателя форсунку и топливный насос высокого давления, то он легко может превратиться в дизельный двигатель, работающий на дизельном топливе.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания работает на газе следующим образом: через впускные клапаны 16 и 17 подают топливную смесь, при движении первого 9 и второго 10 поршней к верхним мертвым точкам топливная смесь сжимается. При достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 создают в одной камере сгорания компрессию, близкую к максимальной, до 99,99%, большая часть или вся сжатая топливная смесь находится в этот момент во втором объеме 12 и переходном объеме 13 одной камеры сгорания, после чего двигают первый поршень 9 из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая первый объем 11 камеры сгорания, одновременно с этим вторым поршнем 10, двигающимся к верхней /внутренней/ мертвой точке, перемещают сжатую топливную смесь из второго объема 12 через переходный объем 13 камеры сгорания в первый объем 11 камеры сгорания. Ввиду большей скорости движения второго поршня 10 в этот момент, чем у первого поршня 9, возможно, также еще и ввиду большего диаметра второго поршня 10, чем у первого поршня 9, объем одной камеры сгорания уменьшается и создается максимальная компрессия.

При одинаковых поршнях 9 и 10 величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения угла колена 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10, в положении - не доходя до своей верхней точки и угла колена 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.

Возможны варианты работы двигателя, когда максимальная компрессия создается до достижения верхней мертвой точки первым поршнем 9, при достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 или после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. То есть колено 3 коленчатого вала 2, относящееся к первому поршню 9, при достижении максимальной компрессии, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед достижением своей верхней точки и до 60° относительно своей верхней точки, после прохождения своей верхней точки.

В любом варианте момент достижения максимальной компрессии наступает в секторе движения второго колена 4, когда второе колено 4 коленчатого вала 2 имеет угол отклонения в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, и при максимальной компрессии топливную смесь воспламеняют. В зависимости от величины угла между первым коленом 3 и вторым коленом 4 коленчатого вала 2, а угол может быть в пределах от 0,1° до 90°, в зависимости от момента достижения максимальной компрессии, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала 2 сжатую топливную смесь можно начинать воспламенять в определенный момент периода времени, который исчисляется от создания 80% величины максимальной компрессии, с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90%, то есть от 80% до 90% величины максимальной компрессии.

Возможны варианты, когда топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень 9 достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки, или начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня 9 в своей верхней /внутренней/ мертвой точке, или начинают воспламенять после прохождения первым поршнем 9 своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

Топливную смесь воспламеняют первой свечой 15 зажигания в первом объеме 11 камеры сгорания, относящемся к первому поршню 9, причем с опережением от 0,01 мкс до 300 мкс, относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме 12 камеры сгорания второй свечой 14 зажигания, относящемся ко второму поршню 10, для ускорения сжигания топливной смеси в первом объеме 11 камеры сгорания, так как первый поршень 9 увеличивает скорость движения к нижней мертвой точке и, соответственно, увеличивает первый объем 11 камеры сгорания.

Если это будет вариант дизельного двигателя, то возможен впрыск топлива через форсунку в объем камеры сгорания до достижения первым поршнем 9 своей верхней мертвой точки, в момент нахождения в верхней мертвой точке, а также возможен впрыск топлива и после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. Топливо через форсунку лучше впрыскивать в первый объем 11 камеры сгорания, относящийся к первому поршню 9.

Заявленное изобретение можно использовать и в других конструкциях двигателей с двумя поршнями: с двумя коленчатыми валами, с расположением поршней в одной плоскости, с камерой сгорания без перегородки, без переходного объема камеры сгорания или с переходным объемом камеры сгорания.

В любом случае первый поршень работает более эффективно, изначально имея рычаг воздействия на ось коленчатого вала при создании максимального давления газов, полученных после воспламенения сжатой топливной смеси.

1. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1 до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания, до достижения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания после прохождения своей верхней /внутренней/ мертвой точки первым поршнем.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в первый объем камеры сгорания, относящийся к первому поршню.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь воспламеняют первой свечой зажигания в первом объеме камеры сгорания, относящихся к первому поршню, причем с опережением от 0,01 до 300 мкс относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме камеры сгорания второй свечой зажигания, относящихся ко второму поршню.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять после прохождения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения: угла колена коленчатого вала второго поршня, не доходя до своей верхней точки, и угла колена коленчатого вала первого поршня, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.

www.findpatent.ru

способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания - патент РФ 2251006

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, предназначен для достижения наименьшего расхода топлива на полученную единицу мощности двигателя и отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90% от величины максимальной компрессии. Изобретение обеспечивает наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известно изобретение - "Двухцилиндровый двигатель с одной камерой сгорания, способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси /варианты/, камера сгорания двухцилиндрового двигателя, способ воспламенения воздушно-топливной смеси".

Способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси в двухцилиндровом двигателе с коленчатым валом, с двумя рабочими поршнями, с одной камерой сгорания, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в одной камере сгорания создают основным и вспомогательным рабочими поршнями, взаимодействующими с коленчатым валом, состоящим из двух колен, центральные линии которых /вид с торца/, исходящие из центра оси коленчатого вала, имеют между собой угол в пределах от 0,1° до 89,9°, при достижении верхней /внутренней/ мертвой точки основным рабочим поршнем, создают в одной камере сгорания максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси, большая часть которой в этот момент находится во вспомогательном и переходном объемах одной камеры сгорания, после чего двигают основной рабочий поршень из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая основной объем камеры сгорания, одновременно с этим вспомогательным рабочим поршнем, двигающимся к верхней мертвой точке, перемещают максимально сжатую воздушно-топливную смесь из вспомогательного объема и переходного объема камеры сгорания в основной объем камеры сгорания и при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки воспламеняют максимально сжатую воздушно-топливную смесь в одной камере сгорания, причем величина вспомогательного объема камеры сгорания при нахождении вспомогательного рабочего поршня в верхней /внутренней/ мертвой точке составляет от 0,0001 до 40% от величины основного объема камеры сгорания в этот момент /Патент России №2187669, F 02 В 33/22, 20 августа 2002 г./.

Это изобретение взято в качестве прототипа. К недостаткам прототипа относится то, что запатентованный способ сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси является ошибочным. При достижении основным рабочим поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки можно создать максимальную величину степени сжатия, но ввиду нелинейности перемещения основного и вспомогательного рабочих поршней невозможно сохранить максимальную степень сжатия воздушно-топливной смеси при достижении вспомогательным рабочим поршнем верхней /внутренней/ мертвой точки и движении основного рабочего поршня к своей нижней мертвой точке.

Задачей изобретения является создание эффективного способа сжатия и воспламенения топливной смеси, при котором достигается наименьший расход топлива на полученную единицу мощности двигателя.

Технический результат достигается за счет того, что способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1° до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличается тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.

В заявленном изобретении, как и в прототипе, максимальное давление газов после воспламенения получают, когда первый /основной/ поршень 9 уже двигается из своей верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке и имеет значительный рычаг воздействия на ось коленчатого вала 2, но начинать воспламенять топливную смесь можно и до достижения верхней мертвой точки первым /основным/ поршнем 9, а второй /вспомогательный/ поршень 10, выполнив роль компрессора /поршня досжатия/, работает как обычный поршень.

На фиг.1 показан двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, первый поршень 9 находится в верхней мертвой точке, второй поршень 10 находится в пути из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.

На фиг.2 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.1.

На фиг.3 - двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания, второй поршень 10 находится в верхней мертвой точке, первый поршень 9 находится в пути из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

На фиг.4 - коленчатый вал 2 /вид с торца/ с двумя коленами 3 и 4, расположение колен 3 и 4 в соответствии с моментом работы двухпоршневого двигателя на фиг.3.

На фиг.5 - колено 4 второго поршня 10, диапазон угла отклонения в пределах 90°-0,1°, не доходя до своей верхней точки, в определенный момент времени, в секторе движения колена 4 от 90° до 0,1° относительно верхней точки, создается максимальная компрессия.

На фиг.6 - колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - после прохождения своей верхней точки и колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки, момент достижения величины максимальной компрессии в камере сгорания при равных углах отклонения колен 3 и 4 коленчатого вала 2.

На фиг.7 - момент начала воспламенения топливной смеси, колена 3 и 4 коленчатого вала 2 первого 9 и второго 10 поршней - не доходя до своих верхних точек.

На фиг.8 - момент начала воспламенения топливной смеси, колено 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9 - находится в своей верхней точке, колено 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10 - не доходя до своей верхней точки.

На фиг.9 - колено 3 первого поршня 9, в определенный момент времени, в секторе движения колена 3 от 30° до верхней точки и до 60° после верхней точки, создается максимальная компрессия.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания содержит картер 1, коленчатый вал 2, первое колено 3, второе колено 4, первый шатун 5, второй шатун 6, первый цилиндр 7, второй цилиндр 8, первый поршень 9, второй поршень 10, первый объем 11 камеры сгорания, второй объем 12 камеры сгорания, переходный объем /переходник/ 13 камеры сгорания, вторую свечу 14 зажигания, первую свечу 15 зажигания, впускной клапан 16, впускной клапан 17, выпускной клапан 18.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания предназначен для работы на газе, бензине, возможно применение инжектора в двигателе, если добавить в конструкцию двигателя форсунку и топливный насос высокого давления, то он легко может превратиться в дизельный двигатель, работающий на дизельном топливе.

Двухпоршневой двигатель с одной камерой сгорания работает на газе следующим образом: через впускные клапаны 16 и 17 подают топливную смесь, при движении первого 9 и второго 10 поршней к верхним мертвым точкам топливная смесь сжимается. При достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 создают в одной камере сгорания компрессию, близкую к максимальной, до 99,99%, большая часть или вся сжатая топливная смесь находится в этот момент во втором объеме 12 и переходном объеме 13 одной камеры сгорания, после чего двигают первый поршень 9 из верхней /внутренней/ мертвой точки к нижней мертвой точке, увеличивая первый объем 11 камеры сгорания, одновременно с этим вторым поршнем 10, двигающимся к верхней /внутренней/ мертвой точке, перемещают сжатую топливную смесь из второго объема 12 через переходный объем 13 камеры сгорания в первый объем 11 камеры сгорания. Ввиду большей скорости движения второго поршня 10 в этот момент, чем у первого поршня 9, возможно, также еще и ввиду большего диаметра второго поршня 10, чем у первого поршня 9, объем одной камеры сгорания уменьшается и создается максимальная компрессия.

При одинаковых поршнях 9 и 10 величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения угла колена 4 коленчатого вала 2 второго поршня 10, в положении - не доходя до своей верхней точки и угла колена 3 коленчатого вала 2 первого поршня 9, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.

Возможны варианты работы двигателя, когда максимальная компрессия создается до достижения верхней мертвой точки первым поршнем 9, при достижении верхней мертвой точки первым поршнем 9 или после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. То есть колено 3 коленчатого вала 2, относящееся к первому поршню 9, при достижении максимальной компрессии, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед достижением своей верхней точки и до 60° относительно своей верхней точки, после прохождения своей верхней точки.

В любом варианте момент достижения максимальной компрессии наступает в секторе движения второго колена 4, когда второе колено 4 коленчатого вала 2 имеет угол отклонения в пределах 90°-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, и при максимальной компрессии топливную смесь воспламеняют. В зависимости от величины угла между первым коленом 3 и вторым коленом 4 коленчатого вала 2, а угол может быть в пределах от 0,1° до 90°, в зависимости от момента достижения максимальной компрессии, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала 2 сжатую топливную смесь можно начинать воспламенять в определенный момент периода времени, который исчисляется от создания 80% величины максимальной компрессии, с возрастанием до максимальной и уменьшения до 90%, то есть от 80% до 90% величины максимальной компрессии.

Возможны варианты, когда топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень 9 достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки, или начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня 9 в своей верхней /внутренней/ мертвой точке, или начинают воспламенять после прохождения первым поршнем 9 своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

Топливную смесь воспламеняют первой свечой 15 зажигания в первом объеме 11 камеры сгорания, относящемся к первому поршню 9, причем с опережением от 0,01 мкс до 300 мкс, относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме 12 камеры сгорания второй свечой 14 зажигания, относящемся ко второму поршню 10, для ускорения сжигания топливной смеси в первом объеме 11 камеры сгорания, так как первый поршень 9 увеличивает скорость движения к нижней мертвой точке и, соответственно, увеличивает первый объем 11 камеры сгорания.

Если это будет вариант дизельного двигателя, то возможен впрыск топлива через форсунку в объем камеры сгорания до достижения первым поршнем 9 своей верхней мертвой точки, в момент нахождения в верхней мертвой точке, а также возможен впрыск топлива и после прохождения верхней мертвой точки первым поршнем 9. Топливо через форсунку лучше впрыскивать в первый объем 11 камеры сгорания, относящийся к первому поршню 9.

Заявленное изобретение можно использовать и в других конструкциях двигателей с двумя поршнями: с двумя коленчатыми валами, с расположением поршней в одной плоскости, с камерой сгорания без перегородки, без переходного объема камеры сгорания или с переходным объемом камеры сгорания.

В любом случае первый поршень работает более эффективно, изначально имея рычаг воздействия на ось коленчатого вала при создании максимального давления газов, полученных после воспламенения сжатой топливной смеси.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сжатия и воспламенения топливной смеси в двухпоршневом двигателе с одной камерой сгорания, в которой создают компрессию первым и вторым поршнями, причем первый поршень двигается с опережением относительно второго поршня, так как относящиеся к ним колена имеют угол в пределах от 0,1 до 90° между их плоскостями вращения, и воспламеняют сжатую топливную смесь в определенный момент времени, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии создают в одной камере сгорания, в определенный момент периода времени, когда колено, относящееся ко второму поршню, находится в пределах 90-0,1° относительно своей верхней точки, не доходя до своей верхней точки, а колено, относящееся к первому поршню, находится в пределах от 30° относительно своей верхней точки, перед своей верхней точкой и до 60° относительно своей верхней точки, после своей верхней точки, и сжатую топливную смесь начинают воспламенять в определенный момент периода времени, этот период времени исчисляют от создания 80% величины максимальной компрессии с возрастанием до максимальной и уменьшением до 90% от величины максимальной компрессии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания, до достижения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в камеру сгорания после прохождения своей верхней /внутренней/ мертвой точки первым поршнем.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо впрыскивают в первый объем камеры сгорания, относящийся к первому поршню.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь воспламеняют первой свечой зажигания в первом объеме камеры сгорания, относящихся к первому поршню, причем с опережением от 0,01 до 300 мкс относительно момента зажигания топливной смеси во втором объеме камеры сгорания второй свечой зажигания, относящихся ко второму поршню.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять до того, как первый поршень достигнет своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять в момент нахождения первого поршня в своей верхней /внутренней/ мертвой точке.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливную смесь начинают воспламенять после прохождения первым поршнем своей верхней /внутренней/ мертвой точки.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину максимальной компрессии в камере сгорания достигают при равных углах отклонения: угла колена коленчатого вала второго поршня, не доходя до своей верхней точки, и угла колена коленчатого вала первого поршня, после прохождения своей верхней точки, каждый угол отклонения исчисляется относительно своей верхней точки.

www.freepatent.ru

двухпоршневой двигатель - патент РФ 2539230

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является упрощение конструкции, улучшение экономичности, надежности и снижение уровня шума. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, с торцов которого навстречу друг другу вставлены поршни (3, 4). Они соединены с шатунами (5, 6), опирающимися на коленчатые валы (7, 8). Вращение валов синхронизировано механической передачей так, что поршни могут двигаться или оба вправо или оба влево. При этом ширина зазора между поршнями непостоянна из-за изменения горизонтальных проекций периодически наклоняющихся шатунов. Ближе к одному краю цилиндра расположена свеча зажигания 1, а ближе к другому - впускное окно с обратным клапаном (9), соединенное с каналом (10) подачи горючей смеси, и выпускное окно с обратным клапаном (11), присоединенное к выхлопному каналу (12). Технический результат заключается в простоте. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2539230

Относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

На сегодняшний день предложено огромное разнообразие конструкций двигателей внутреннего сгорания с различным исполнением образующих расширительную камеру рабочих органов. Из них можно вычленить небольшую группу, отличающуюся встречным расположением двух поршней в одном цилиндре. Основное преимущество таких моторов состоит в увеличении удельной мощности и снижении вибраций за счет противофазного движения поршней [1]. Однако неизбежное усложнение конструкции не компенсируется получаемыми выгодами.

Есть примеры неординарного подхода в данном направлении, где с целью упрощения газораспределения движение поршней осуществляется по сложному закону, задаваемому их сопряжением с коленчатым валом через промежуточные элементы [2]. Существенным недостатком такого технического решения являются повышенные требования к прочности упомянутых промежуточных элементов, испытывающих ударные нагрузки от поршня.

Задачей предлагаемого изобретения была разработка предельно простого двигателя внутреннего сгорания с парным размещением поршней в цилиндрах без принудительной системы газораспределения.

В качестве прототипа был взят простейший бесклапанный двигатель с расположением двух поршней в одном цилиндре [3].

Суть изобретения проиллюстрирована на фиг.1, где показаны разные стадии работы двигателя, а снизу обозначены основные элементы. Свеча зажигания 1 пропущена сквозь стенку корпуса 2 до цилиндрической полости, с торцов которой вставлены поршни 3 и 4, шарнирно соединенные с шатунами 5 и 6, у которых через отверстия на концах проходят коленчатые валы 7 и 8, связанные между собой механической передачей (не показано), позволяющей поршням 3 и 4 двигаться только в одинаковом направлении: оба вправо или оба влево. В корпусе имеются впускные и выпускные окна, соответственно соединяющие указанную полость через обратный клапан 9 с каналом подачи горючей смеси 10 и через обратный клапан 11 с выхлопным каналом 12.

Устройство работает следующим образом. При условно исходном угле синхронного поворота коленчатых валов =0° поршни 3 и 4 находятся в крайних левых положениях, и между ними остается незначительный промежуток. При повороте коленчатых валов 7 и 8 по часовой стрелке поршни движутся вправо, а углы наклона шатунов 5 и 6 возрастают. Это ведет к укорочению их горизонтальных проекций и, как следствие, относительному расхождению поршней. Возникающее разрежение открывает клапан 9 для поступления горючей смеси из канала 10. Происходит такт «Впуск», заканчивающийся при =90°, когда ширина промежутка достигает максимального значения.

При последующем повороте коленчатых валов поршни продолжают движение вправо, но уже приближаясь друг к другу и сжимая горючую смесь. Происходит такт «Сжатие», заканчивающийся при =180°, что соответствует крайним правым положениям поршней. Полость между поршнями оказывается напротив свечи 1, которая воспламеняет горючую смесь, приводя к резкому росту давления образовавшихся продуктов сгорания. Очевидно, что в простейшем случае искровое напряжение может подаваться непрерывно.

Из общих принципов механики следует, что хотя газы и давят на оба поршня, они обязаны изменять состояние системы в направлении увеличения объема, т.е. расширения промежутка между поршнями, которое как раз и начинается после прохождения крайних правых положений. Данное утверждение легко доказать, подробно рассматривая разницу действующих на коленчатые валы вращательных моментов. Происходит такт «Рабочий ход», заканчивающийся при =270°, когда достигается второй максимум относительного расхождения поршней.

Затем при повороте до =360° (что эквивалентно =0°) происходит «Выпуск». Сжимаемые между поршнями газы открывают клапан 11 и уходят в выхлопной канал 12.

Таким образом, один возвратно-поступательный цикл движения поршней охватывает четыре стандартных такта традиционного двигателя внутреннего сгорания. Для большей наглядности на фиг.2 изображены изменения горизонтальных координат x внутренних краев левого (Л) и правого (П) поршней во всем диапазоне углов .

Если радиус кривошипа у правого коленчатого вала сделать больше, чем у левого, то легко задать очень близкое схождение поршней в крайних левых положениях независимо от размера промежутка между ними в крайних правых положениях (фиг.3). Это позволяет обеспечить предельно возможную полноту всасывания и выпуска.

Введением небольшого отставания по углу правого коленчатого вала от левого можно сделать так, что степень расширения при рабочем ходе будет больше, чем степень сжатия горючей смеси. Это видно на фиг.4, где отставание составляет 10°, а угол относится к левому валу. Данное обстоятельство дает возможность увеличить КПД двигателя.

Горючая смесь образуется в карбюраторе или смесителе для газообразного топлива. Выхлопной канал соединен с выхлопной трубой. В корпусе двигателя можно расположить ряд цилиндрических полостей, окруженных единой рубашкой жидкостного охлаждения. Для них будут общими канал подачи горючей смеси, выхлопной канал и коленчатые валы. Вращение коленчатых валов может быть не только одинаковым (как показано на фиг.1), но и противоположным при условии совпадения моментов горизонтального расположения каждой пары шатунов (за вычетом возможного отставания).

Отсутствие принудительной системы газораспределения приводит к значительному снижению уровня шума, повышению надежности и упрощению эксплуатации двигателя.

Технический результат изобретения заключается в простоте, экономичности, высокой надежности и низком уровень шума.

Источники информации

1. Патент США № 1308400 от 01.07.1919 г.

2. Патент РФ № 2009347 от 16.07.1990 г.

3. Патент США № 898913 от 15.09.1908 г.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двухпоршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, в стенках которого имеются свеча зажигания, впускные и выпускные окна, а с противоположных торцов вставлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, через отверстия на концах которых пропущены коленчатые валы, связанные между собой механической передачей, отличающийся тем, что оба поршня имеют возможность движения только в одинаковом направлении, а впускные и выпускные окна содержат обратные клапаны.

www.freepatent.ru

Роторно-поршневой двигатель

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания включает маховик, поршни и кольцевые цилиндры прямоугольного сечения. Впрыскивание и горение рабочей смеси продолжается в течение всего рабочего хода поршней. Расположение выхлопных окон в цилиндрах двигателя должно быть таким, чтобы выхлоп завершался раньше, чем начнут открываться задвижки. Привод задвижек осуществляется копиром, посаженным на вал. Маховик, на который установлены две группы поршней, имеет Т-образную форму осевого сечения для работы поршней в параллельных кольцевых цилиндрах. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления и КПД двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к конструкции поршневых двигателей и может найти применение при создании двигателей различного назначения, способных работать на низкосортном топливе.

Известны роторные двигатели по изобретениям US 770890 и US 806124.

Недостаток известных двигателей состоит в том, что они работают по схеме внешнего сгорания, имеют значительные габариты и низкий КПД вследствие чего являются неконкурентоспособными.

Задача изобретения - разработать роторный двигатель внутреннего сгорания упрощенной конструкции, позволяющей создавать двигатели большой мощности, способные с высоким КПД работать на дешевом топливе.

Требуемый технический результат достигается разработкой роторно-поршневого двигателя, содержащего кольцевой цилиндр, в котором несколько поршней, закрепленных на несущем Г-образном маховике, совершают круговые движения. Каждый поршень за один оборот маховика совершает несколько совмещенных двухтактных циклов, количество которых равно количеству поршней, установленных на одном маховике.

В рабочие камеры цилиндра, образуемые между задними торцами поршней и вдвигаемыми в полость цилиндра задвижками, через определенные угловые промежутки под давлением впрыскивается и воспламеняется рабочая смесь.

Впрыскивание и горение рабочей смеси продолжается в течение всего рабочего хода поршней, чем достигается постоянное, высокое давление рабочего хода.

Каждый поршень, совершающий рабочий ход, одновременно передним торцом в открывающееся выхлопное окно вытесняет из цилиндра отработавший газ, воздействовавший на предыдущий поршень.

Предложенный роторно-поршневой двигатель может иметь и два параллельных кольцевых цилиндра, в которых будут работать две группы поршней, установленных на маховике, имеющем Т-образную форму осевого сечения.

На фиг.1 схематично изображен одноцилиндровый двухпоршневой двигатель предложенной конструкции. Разрез по А-А.

На фиг.2 изображен тот же двигатель со снятой крышкой корпуса. Вид сверху.

На фиг.3 изображен фрагмент маховика с Т-образной формой осевого сечения, на котором установлены два поршня, работающие в параллельных кольцевых цилиндрах.

Роторно-поршневой двигатель предложенной конструкции содержит корпус 1, крышку 2 корпуса, крышку 3 цилиндра, выходной вал 4, маховик 5, поршни 6, задвижки 7, форсунки 8 и выхлопные окна 9.

Кольцевая выточка в корпусе 1 заодно с крышкой цилиндра 3 обазуют кольцевой цилиндр прямоугольного сечения. Маховик 5, имеющий Г-образную форму осевого сечения, входит в полость цилиндра через Г-образную щель, образуемую поверхностями корпуса 1 и крышки 3.

Г-образная или Т-образная форма маховика 5 и прямоугольное сечение цилиндров повышают технологичность изготовления и эксплуатации данного двигателя.

Поршни 6, имеющие прямоугольную форму поперечного сечения и дугообразную форму продольного сечения, прикреплены к маховику 5 и помещены в цилиндре с зазорами по всем смежным поверхностям. Уплотняются поршни в цилиндре посредством упругих пластин, утопленных в пазах поршней. Задвижки 7 сопрягаются со стенками цилиндра посредством лабиринтных уплотнений, одновременно служащих направляющими. Привод задвижек осуществляется копиром, посаженным на вал 4.

Упругие пластины, лабиринтные уплотнения, копир и крепежные детали на чертежах не показаны.

Работает роторно-поршневой двигатель за счет того, что после прохождения поршней через сечения задвижек 7 и выдвижения задвижек в полость цилиндра, в рабочие камеры, образуемые задвижками и задними торцами поршней, через форсунки 8 впрыскивается и воспламеняется рабочая смесь.

Под давлением образовавшегося в рабочих камерах газа поршни 6 осуществляют рабочий ход до момента, когда они переместятся за следующие по ходу выхлопные окна 9. В этот момент давление в рабочих камерах падает, а отработавший газ выталкивается через выхлопные окна. Каждый поршень производит свой рабочий ход, одновременно вытесняя из цилиндра отработавший газ, воздействовавший на предыдущий поршень.

Количество рабочих и продувочных ходов за один оборот маховика равно количеству поршней, работающих на одном маховике. При двух поршнях одновременно осуществляются по два цикла.

Такую работу двигателя можно назвать работой по схеме совмещенных двухтактных циклов.

Расположение выхлопных окон 9 должно быть таким, чтобы выхлоп завершался раньше, чем начнут открываться задвижки 7. Следовательно, длина рабочего хода поршней примерно равна длине отрезков цилиндра, заключенных между форсунками 8 и следующими по ходу выхлопными окнами 9. Следовательно, чем больше поршней работает в одном цилиндре, тем меньше длина рабочего хода каждого поршня.

Основным достоинством двигателя предложенной конструкции является отсутствие цикла сжатия рабочей смеси, что позволяет использовать для его работы дешевые низкооктановые виды топлива.

К числу достоинств относится и возможность поддержания постоянного высокого давления в течение всего рабочего хода поршней, что увеличивает удельную мощность и обеспечивает высокий КПД такого двигателя.

Предполагается, что наиболее эффективным будет использование роторно-поршневых двигателей больших диаметров, которые, работая в стационарных силовых установках, с выгодой заменят газовые турбины.

1. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, включающий маховик, поршни и кольцевые цилиндры прямоугольного сечения, причем впрыскивание и горение рабочей смеси продолжается в течение всего рабочего хода поршней.

2. Роторно-поршневой двигатель по п.1, расположение выхлопных окон в цилиндрах которого должно быть таким, чтобы выхлоп завершался раньше, чем начнут открываться задвижки, привод которых осуществляется копиром, посаженным на вал.

3. Роторно-поршневой двигатель по п.1, причем маховик, на который установлены две группы поршней имеет Т-образную форму осевого сечения для работы поршней в параллельных кольцевых цилиндрах.

www.findpatent.ru

ДВУХПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

На сегодняшний день предложено огромное разнообразие конструкций двигателей внутреннего сгорания с различным исполнением образующих расширительную камеру рабочих органов. Из них можно вычленить небольшую группу, отличающуюся встречным расположением двух поршней в одном цилиндре. Основное преимущество таких моторов состоит в увеличении удельной мощности и снижении вибраций за счет противофазного движения поршней [1]. Однако неизбежное усложнение конструкции не компенсируется получаемыми выгодами.

Есть примеры неординарного подхода в данном направлении, где с целью упрощения газораспределения движение поршней осуществляется по сложному закону, задаваемому их сопряжением с коленчатым валом через промежуточные элементы [2]. Существенным недостатком такого технического решения являются повышенные требования к прочности упомянутых промежуточных элементов, испытывающих ударные нагрузки от поршня.

Задачей предлагаемого изобретения была разработка предельно простого двигателя внутреннего сгорания с парным размещением поршней в цилиндрах без принудительной системы газораспределения.

В качестве прототипа был взят простейший бесклапанный двигатель с расположением двух поршней в одном цилиндре [3].

Суть изобретения проиллюстрирована на фиг.1, где показаны разные стадии работы двигателя, а снизу обозначены основные элементы. Свеча зажигания 1 пропущена сквозь стенку корпуса 2 до цилиндрической полости, с торцов которой вставлены поршни 3 и 4, шарнирно соединенные с шатунами 5 и 6, у которых через отверстия на концах проходят коленчатые валы 7 и 8, связанные между собой механической передачей (не показано), позволяющей поршням 3 и 4 двигаться только в одинаковом направлении: оба вправо или оба влево. В корпусе имеются впускные и выпускные окна, соответственно соединяющие указанную полость через обратный клапан 9 с каналом подачи горючей смеси 10 и через обратный клапан 11 с выхлопным каналом 12.

Устройство работает следующим образом. При условно исходном угле синхронного поворота коленчатых валов φ=0° поршни 3 и 4 находятся в крайних левых положениях, и между ними остается незначительный промежуток. При повороте коленчатых валов 7 и 8 по часовой стрелке поршни движутся вправо, а углы наклона шатунов 5 и 6 возрастают. Это ведет к укорочению их горизонтальных проекций и, как следствие, относительному расхождению поршней. Возникающее разрежение открывает клапан 9 для поступления горючей смеси из канала 10. Происходит такт «Впуск», заканчивающийся при φ=90°, когда ширина промежутка достигает максимального значения.

При последующем повороте коленчатых валов поршни продолжают движение вправо, но уже приближаясь друг к другу и сжимая горючую смесь. Происходит такт «Сжатие», заканчивающийся при φ=180°, что соответствует крайним правым положениям поршней. Полость между поршнями оказывается напротив свечи 1, которая воспламеняет горючую смесь, приводя к резкому росту давления образовавшихся продуктов сгорания. Очевидно, что в простейшем случае искровое напряжение может подаваться непрерывно.

Из общих принципов механики следует, что хотя газы и давят на оба поршня, они обязаны изменять состояние системы в направлении увеличения объема, т.е. расширения промежутка между поршнями, которое как раз и начинается после прохождения крайних правых положений. Данное утверждение легко доказать, подробно рассматривая разницу действующих на коленчатые валы вращательных моментов. Происходит такт «Рабочий ход», заканчивающийся при φ=270°, когда достигается второй максимум относительного расхождения поршней.

Затем при повороте до φ=360° (что эквивалентно φ=0°) происходит «Выпуск». Сжимаемые между поршнями газы открывают клапан 11 и уходят в выхлопной канал 12.

Таким образом, один возвратно-поступательный цикл движения поршней охватывает четыре стандартных такта традиционного двигателя внутреннего сгорания. Для большей наглядности на фиг.2 изображены изменения горизонтальных координат x внутренних краев левого (Л) и правого (П) поршней во всем диапазоне углов φ.

Если радиус кривошипа у правого коленчатого вала сделать больше, чем у левого, то легко задать очень близкое схождение поршней в крайних левых положениях независимо от размера промежутка между ними в крайних правых положениях (фиг.3). Это позволяет обеспечить предельно возможную полноту всасывания и выпуска.

Введением небольшого отставания по углу правого коленчатого вала от левого можно сделать так, что степень расширения при рабочем ходе будет больше, чем степень сжатия горючей смеси. Это видно на фиг.4, где отставание составляет 10°, а угол φ относится к левому валу. Данное обстоятельство дает возможность увеличить КПД двигателя.

Горючая смесь образуется в карбюраторе или смесителе для газообразного топлива. Выхлопной канал соединен с выхлопной трубой. В корпусе двигателя можно расположить ряд цилиндрических полостей, окруженных единой рубашкой жидкостного охлаждения. Для них будут общими канал подачи горючей смеси, выхлопной канал и коленчатые валы. Вращение коленчатых валов может быть не только одинаковым (как показано на фиг.1), но и противоположным при условии совпадения моментов горизонтального расположения каждой пары шатунов (за вычетом возможного отставания).

Отсутствие принудительной системы газораспределения приводит к значительному снижению уровня шума, повышению надежности и упрощению эксплуатации двигателя.

Технический результат изобретения заключается в простоте, экономичности, высокой надежности и низком уровень шума.

Источники информации

1. Патент США №1308400 от 01.07.1919 г.

2. Патент РФ №2009347 от 16.07.1990 г.

3. Патент США №898913 от 15.09.1908 г.

Двухпоршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, в стенках которого имеются свеча зажигания, впускные и выпускные окна, а с противоположных торцов вставлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, через отверстия на концах которых пропущены коленчатые валы, связанные между собой механической передачей, отличающийся тем, что оба поршня имеют возможность движения только в одинаковом направлении, а впускные и выпускные окна содержат обратные клапаны.

edrid.ru


Смотрите также