RU2524313C2 - Двухтактный двигатель с низким расходом и низкими выбросами - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель содержит картер (11), цилиндр (18) двигателя, форсунку (58), поршень (20) двигателя, перемещающийся внутри цилиндра (18), коленчатый вал (14), опирающийся в картере (11) на подшипники и включающий в себя, по меньшей мере, одну шатунную шейку (83), первый шатун (15), шарнирно соединенный с поршнем (20) двигателя и шатунной шейкой (83) коленчатого вала (14), нагнетатель (9) воздуха, главный канал (32), соединенный с нагнетателем (9) воздуха и сообщающийся с цилиндром (18) двигателя посредством множества продувочных каналов (28), открывающихся в цилиндр через продувочные окна, размещенные непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке, и выпускной канал (33), открывающийся в цилиндр (18) посредством выпускного окна, размещенного непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке. В двигателе имеется, по меньшей мере, один вспомогательный канал (29), соединенный с источником сжатого воздуха и выходящий в цилиндр (18) на уровне, выше продувочных каналов (28) и выпускных каналов (33), и клапан (30) для выборочного открытия и закрытия вспомогательного канала (29) для наддува во время работы и для разгрузки, чтобы уменьшить момент сопротивления при пуске двигателя. Клапан (30) является поворотным клапаном, который герметично соединен с посадочным местом (38), пересекающим вспомогательный канал (29), и имеет, по меньшей мере, один тангенциальный желоб (31) для выборочного совмещения с главным каналом (33). Технический результат заключается в снижении расхода топлива и снижении выбросов. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двухтактному двигателю, в частности, используемому на автомобилях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как уже известно, область применения двухтактных двигателей, в основном, ограничивается использованием в мотоциклах, прежде всего из-за меньшего числа компонентов, и как следствие - простой конструкции.

Другими положительными аспектами двухтактного двигателя, в сравнении с четырехтактным двигателем, являются: увеличенная мощность при том же объеме двигателя и более постоянный крутящий момент благодаря наличию рабочего хода на каждый оборот ведущего вала.

Тем не менее, в автомобильной отрасли отрицательные аспекты превалируют над этими преимуществами, а именно: более высокий расход по сравнению с четырехтактным двигателем, выброс токсичных составляющих и необходимость в более частом обслуживании.

В частности, со стороны общества уделяется большое внимание и накладываются более строгие нормы на расход и выброс.

Все производители стремятся улучшить эффективность четырехтактных двигателей преимущественно в двух направлениях: с одной стороны, пытаясь лучше использовать топливо в камере сгорания (отсюда и малолитражные двигатели с небольшими камерами сгорания для достижения максимального КПД, непосредственный впрыск и наддув), а с другой стороны, увеличивая механический КПД посредством уменьшения потерь на трение и сокращения потерь на неконтролируемые колебания частоты вращения, посредством использования эффективных, но дорогих устройств, которые меняют фазу и подъем клапана; при этом не стоит забывать, что в обычном четырехтактном двигателе механические потери при максимальной мощности достигают около 20% от максимальной мощности двигателя.

В двигателе, разработанном для движения в городском режиме и вследствие этого главным образом используемом на средних и малых скоростях и со значениями MEP около 20-30% от максимального MEP, потери на трение и потери на неконтролируемые колебания частоты вращения оказывают значительное влияние на расход.

Двухтактный двигатель при 30% MEP обладает половиной потерь на трения и одной третью потерь на неконтролируемые колебания частоты вращения четырехтактного двигателя, а при 100% MEP потери на трение двухтактного двигателя останутся в районе 20%.

Анализируя типичную дальность перевозок автомобилей с малолитражными двигателями при движении в городском режиме, удельный расход, который показывает двухтактный двигатель с подачей топлива путем непосредственного впрыска бензина, почти на 30% меньше ниже, чем у четырехтактного двигателя с теми же эксплуатационными параметрами.

С этой точки зрения кажется логичным поставить вопрос о том, является ли двухтактный двигатель новой концепции реальной альтернативой четырехтактного двигателя в области легких перевозок и, в частности, в рамках преимущественно городской среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей данного изобретения является создание улучшенного двухтактного двигателя, который устраняет недостатки, присущие обычным двухтактным двигателям, но при этом использует положительные аспекты таким образом, что он может эффективно использоваться в автомобильной отрасли.

Другой задачей данного изобретения является создание двухтактного двигателя, который, в частности, пригоден для электропривода или гибридных вариантов применения.

Упомянутые выше задачи решены посредством создания двухтактного двигателя согласно пункту 1 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для того, чтобы лучше понять данное изобретение, в качестве не накладывающих ограничений примеров предоставлено описание двух предпочтительных вариантов осуществления, причем со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид в сечении двухтактного одноцилиндрового двигателя согласно изобретению в плоскости, проходящей перпендикулярно оси коленчатого вала, и в которой лежит ось цилиндра;

Фиг. 2-8 - схематические и частичные виды, иллюстрирующие положения основных деталей двигателя при разных углах поворота ведущего вала в рамках цикла;

Фиг. 9 - вид в сечении двигателя с Фиг. 1 в плоскости, проходящей вдоль оси коленчатого вала и оси цилиндра;

Фиг. 10 - вид в поперечном сечении двигателя по плоскости, перпендикулярной оси цилиндра;

Фиг. 11 - вид в сечении механизма изменения фаз распределительного вала для двигателя с Фиг. 1 согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг. 12 - вид в поперечном сечении трехцилиндрового двигателя согласно другому варианту осуществления изобретения; и

Фиг. 4A - схематичный вид основных деталей двигателя с Фиг. 12 в положении, которое соответствует положению с Фиг. 4, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1, 9 и 10 показывают одноцилиндровый двигатель новой концепции, обозначенный в целом ссылочной позицией 10, который может применяться, в частности, но не исключительно на электрических или гибридных транспортных средствах.

Двигатель 10 включает в себя картер 11, состоящий из двух полукартеров 12, 13, и коленчатый вал 14, опирающийся на два подшипника 2, 3 в картере 11. Картер 11 с одной стороны ограничивает цилиндр 18 двигателя с осью A, который содержит совершающий возвратно-поступательное движение поршень 20 двигателя в комплекте с компрессионными кольцами 21 и маслосъемным кольцом 22, размещенным в юбке поршня. Поршень 20 шарнирно соединен с шатуном 15 посредством пальца 19.

С другой стороны картера 11 выполнен нагнетатель 9 воздуха, который включает в себя цилиндр 23 нагнетателя с осью B, которая перпендикулярна оси A, который содержит совершающий возвратно-поступательное движение поршень 24 нагнетателя в комплекте с компрессионными кольцами 25 и маслосъемным кольцом 26. Поршень 24 нагнетателя шарнирно соединен с шатуном 16 посредством пальца 27.

Коленчатый вал 14 имеет шатунную шейку 83, с которой шарнирно соединены шатуны 15, 16 через шариковые подшипники 4, 5. В целях экономии коленчатый вал 14 предпочтительно изготовлен из трех деталей: дух полуосей 14a, 14b и шатунной шейки 83, которая их соединяет (см. Фиг. 9).

Нагнетатель 9 воздуха, размещенный таким образом, что его ось перпендикулярна оси цилиндра 18 двигателя, обладает преимуществом, состоящим в том, что он балансирует силы первого порядка: составляющая при вращении в ту же сторону может быть сбалансирована противовесом коленчатого вала 14, в то время как составляющая при вращении в противоположную сторону противоположна той, которую создает двигатель и аннулирует ее.

Коренные подшипники 2, 3 коленчатого вала 14 и шариковые подшипники 4, 5 смазываются под давлением маслом, подаваемым посредством насоса 17, размещенного на коленчатом валу 14, причем выбор данного типа преследует своей целью достижение низких уровней шума.

Цилиндр 23 нагнетателя и цилиндр 18 двигателя соединены главным каналом 32, который сообщается с впускным коллектором 34 посредством группы однонаправленных клапанов с пластинами 37. Главный канал 32 сообщается с внутренней частью цилиндра 18 двигателя посредством множества транзитных окон 28, которые открываются в соответствующих окнах, размещенных непосредственно над поршнем 20, при его нахождении в нижней мертвой точке. Транзитные окна 28, которые в поперечном сечении, по сути, образуют прямоугольник, наклонены вверх, при выходе из главного канала 32 в цилиндр 18, и распределены вокруг последнего (Фиг. 10) за исключением зоны диаметрально противоположной каналу 32, в которой размещается выпускное окно для выпускного канала 33. Окно выпускного канала 33, которое в поперечном сечении так же, по сути, образует прямоугольник, выполнено непосредственно над поршнем, при его нахождении в нижней мертвой точке.

Главный канал 32 сообщается с цилиндром 18 через вспомогательный канал 29, который ответвляет поток, восходящий к транзитным окнам 28, при этом он наклонен вверх и выходит в цилиндр 18 на уровне выше уровня транзитных каналов 28 и выпускного канала 33. Вспомогательный канал 29 служит как для наддува, так и разгрузки.

Вспомогательный канал 29 пересекается с цилиндрическим посадочным местом 38, выполненным тангенциально к стенке цилиндра 18, в котором размещается поворотный клапан 30, вращающийся с той же скоростью, что коленчатый вал 14, но в противоположном направлении и опирающийся на два шариковых подшипника 85, 86; при этом поворотный клапан 30 цилиндрический герметично соединен с посадочным местом 38, чтобы перекрывать канал 29, однако имеет желоб 31, выполненный таким образом, чтобы открывать канал 29 наддува при совмещении с ним.

Искривленная форма поворотного клапана 30 вызывает статический и динамический дисбаланс, который может быть полностью сбалансирован при помощи соответствующих облегчений 77, выполненных на упомянутом клапане, в зоне, противоположной той, что обращена к каналу 29.

Несмотря на точность сопряжения между поворотным клапаном 30 и посадочным местом 38, для того чтобы исключить вероятность протечки через соединение, по сторонам желоба 31 клапана могут быть выполнены две проточки для размещения в них уплотнительных колец 78, которые статично взаимодействуют, посредством организации упругого предварительного натяга с поверхностью посадочного места 38.

Как уже упомянуто, из-за своей особой конфигурации, клапан 30 должен вращаться в направлении, противоположном вращению двигателя. Привод размещается с внешней стороны картера 11, как показано на Фиг. 9, внутри картера 39 и крышки 40 на стороне, на которой так же размещается масленый насос 17. Цепь 42 передает движение от звездочки 43, посаженной на шпонке на коленчатом валу 14, к звездочке 44, которая свободно вращается на промежуточной оси 41; пара шестерен 45 и 46 используются для того, чтобы обратить движение, причем первая выполнена совместно с цепной звездочкой 44, а другая посажена на шпонку на оси поворотного клапана 30.

Данный привод, полностью смазываемый маслом двигателя, так же приводит в действие бензонасос 47 высокого давления посредством толкателя 48, взаимодействующего с подшипником 49, который размещен на эксцентричном посадочном месте 59, выполненном на шестерне 46, которая в свою очередь посажена на шпонку на оси поворотного клапана 30.

Фиг. 1, 9 и 10 показывают упрощенный вариант клапана 30, разработанного для функционирования двигателя 10 только в варианте с наддувом, вследствие чего не предусмотрено исключение канала 29.

Данный вариант двигателя 10, в частности, пригоден для использования в качестве электродвигателя-генератора для зарядки батарей электрических транспортных средств («устройства увеличения дальности поездки»). В данном случае электрогенератор размещается с одной стороны двигателя, как показано на Фиг. 9, при этом ротор 88 посажен на шпонку на коленчатом валу 14, а статор 81 вставляется в посадочное место полукартера 12 двигателя.

На цилиндре 18 двигателя размещена головка 74, которая ограничивает камеру 7 сгорания и в которой находится форсунка 58, установленная для осуществления непосредственного впрыска в направлении, по существу противоположном потоку продувки, и свеча 36.

Выпускной канал 33 пересекает цилиндрическое окно 50, в котором размещается клапан 51 для управления полезным сечением выпускного канала. Такое устройство служит для уменьшения мощности двигателя, тем самым способствуя сохранению продуктов сгорания внутри цилиндра, стабилизируя наполнение, улучшая равномерность двигателя при низкой загрузке, в частности на холостом ходу, явно сокращая большую часть циклической неравномерности двигателя, обеспечивая при этом преимущества в отношении выбросов и расхода.

Клапан 51 встроен в группу 62 выпускного коллектора, прикрепленного к цилиндру 18 посредством болтов 69, что явно показано на Фиг. 1 и 10. Группа 62 включает в себя коллектор 60 с внутренней полостью, которая служит продолжением выпускного канала 33, соединяя его с выпускной системой 61, и содержит клапан 51.

Клапан 51 состоит из профилированного элемента с частью 79 цилиндрической поверхности, которая взаимодействует с посадочным местом 50, выполненным в цилиндре 18. Этот элемент закреплен болтом 89 на валу 90 и имеет форму, которая способствует отводу тепла. По обе стороны клапана 51 в начале цилиндрической части вала 90 предусмотрены посадочные места для уплотнительных колец 91, которые установлены с предварительным натягом в цилиндрических посадочных местах 92 корпуса, образуя эффективный барьер для утечки газа. На концах вала 90 предусмотрены сальники 93 и опорные подшипники 94, 95.

Коллектор 60 имеет широкую камеру 63 для охлаждающего вещества, чьи большие поверхности теплоотдачи могут предотвратить перегрев группы. С одной стороны вала 90 расположен датчик 64 положения, а с другой - двухходовой электромотор 65 для изменения положения клапана 51.

Данное устройство управляется электрически, и в данном типе двигателя оно должно быть объединено с положением дроссельной заслонки 87, размещенной во впускном коллекторе 34.

Двигатель 10 выполнен с водяным охлаждением, которое осуществляется центробежным насосом 70, который находится в закрывающей крышке электрогенератора, в которой предварительно смонтировано лопастное колесо, приводимое коленчатым валом 14. Охлаждающее вещество отправляется насосом 70 в камеру 71, выполненную в полу-картере 12 двигателя, в котором также размещается статор 81, для охлаждения электрогенератора; отсюда оно выходит через окно 72 и попадает в цилиндр, где оно находит канал 73, который направляет охлаждающее вещество таким образом, что оно омывает наружную поверхность выпускного канала 33 и камеры 63 охлаждения группы 62, в которой размещается клапан 51, а затем оно переходит в головку 74 и выходит из термостата 75, чтобы попасть в радиатор (не показано).

Система также оборудована контуром, по которому жидкость циркулирует внутри двигателя во время фазы прогрева, когда термостат закрыт.

Функционирование двигателя 10 описывается, начиная с положения на Фиг. 2, при котором поршень 20 двигателя находится в нижней мертвой точке, при этом транзитное окно и выпускное окно полностью открыты, в то время как положение поршня 24 нагнетателя соответствует фазе полного сжатия, и вследствие этого в цилиндр 18 двигателя через главный канал 32 и транзитное окно 28 выпускается воздух, выполняя фазу продувки, чтобы вытолкнуть продукты сгорания. Желоб 31 поворотного клапана готов открыть канал 29 наддува.

Фиг. 3 показывает поршень 20 двигателя, который начал подъем к ВМТ, уменьшая транзитное окно и выпускное окно, в то время как при подъеме поворотный клапан 30 быстро открывает канал 29 наддува и поршень 24 нагнетателя, превысив максимальную скорость.

Фиг. 4 показывает поршень 20 двигателя, который закрыл транзитные окна каналов 28, тем самым завершив фазу продувки, и готовится закрыть выпускной канал 33, в то время как желоб 31 поворотного клапана 30 оставляет канал 29 наддува полностью открытым, при этом на конечной стадии подъема поршня 24 нагнетателя в него подается воздух и готовится начало впрыска топлива через форсунку 58.

Фиг. 5 вновь показывает открытый канал 29 наддува, когда поршень 24 нагнетателя достиг своей ВМТ, и поршень 20 двигателя закрывает окно канала 29 наддува, тем самым завершая фазу наполнения цилиндра, и начинается смешивание воздуха с топливом, которое впрыскивается форсункой 58 против потока продувки. Так же сразу, как только поршень 20 двигателя закрывает канал 29 наддува, в то время как поршень 24 нагнетателя воздуха начинает обратное движение и перемещается по направлению к нижней мертвой точке, начинается фаза впуска с помощью группы клапанов с однонаправленными пластинами 37, которые позволяют воздуху попасть в канал 32; между тем, поршень 20 двигателя достигает момента зажигания и прекращается впрыск топлива, за которыми следуют зажигание и возгорание.

Фиг. 6 показывает поршень 20 двигателя, который опускается из ВМТ благодаря горению смеси, ранее сжатой и воспламененной свечой 36 в камере сгорания, при этом поршень начинает открывать окно канала 29 наддува (перед выпуском), который тем не менее закрыт цилиндрической поверхностью поворотного клапана 30.

При необходимости на поворотном клапане 30 может быть организован канал 35 (как показано на чертеже), приемлемой толщины и длины, которые позволят части сгоревших газов перетечь в главный канал 32, до того как будет открыто окно в выпускной канал 33, тем самым обеспечивая, при необходимости, рециркуляцию (EGR) определенному объему сгоревших газов, в то время как поршень 24 нагнетателя достигает своей нижней мертвой точки и завершает свою фазу впуска.

Фиг. 7 показывает поршень 20 двигателя, который начал открывать окно выпускного канала 33, через который отработавшие газы начнут вытекать под давлением. В то же время поршень 24 нагнетателя, который на 90º опережает поршень 20 двигателя, завершил исходную часть своего сжатия, отправляя воздух в главный канал 32, а затем в цилиндр через транзитные окна 28, чтобы вытолкнуть продукты сгорания собственно предыдущего сгорания, как только очередная часть движения вниз вызовет открытие окон 28, при этом поршень 24 нагнетателя находится в фазе подачи, как показано на Фиг. 8.

Это завершает полный цикл, который повторяется каждый оборот коленчатого вала.

На Фиг. 2-8 поворотный клапан 30 всегда находится в положении наддува.

Если не требуется, чтобы двигатель развивал максимальную мощность, то клапан 30 может быть перемещен в положение, повернутое на 90°, в направлении, противоположном вращению, используя преобразователь 76 фаз, как показано на Фиг. 11, связанный с концом оси, которая перемещает поворотный клапан.

Промежуточная шестерня 52 (которая заменяет шестерню 46 в варианте осуществления с Фиг. 1, 9 и 10) устанавливается на клапан 30 и приводится коленчатым валом 14 посредством шестерни, цепи или иным образом. Другой элемент 53 закрепляется на конце цилиндрической части клапана 30, с которой он надлежащим образом совмещен по фазе посредством шарика 54. Соединение между шестерней 52 и элементом 53 выполнено при помощи короткой втулки 55 с внутренними спиральными желобами, которые выполнены симметрично, и наклонены противоположно друг другу относительно проточки в центре. Короткая втулка 55 соединена под углом с шестерней 52 и элементом 53 посредством шариков 56, которые размещаются в соответствующих канавках в шестерне 52 и элементе 53, который объединен с клапаном 30 и которые могут перемещаться по спиральным желобам короткой втулки 55.

Короткая втулка 55 может перемещаться в осевом направлении при помощи вилки 57, приводимой в действие электронно-управляемым соленоидом (не показан). При осевом перемещении короткой втулки 55, сферы 56 заставляют шестерню 52 и другой элемент 53 переместиться в другое взаимное положение, тем самым меняя фазы.

Вновь рассматривая схематические Фиг. 3-8, в отношении того, какое положение поворотный клапан 30 занимает при условии частичной нагрузки (указанной штриховой линией), отмечено, что на Фиг. 4, которая сначала показывала канал 29 наддува полностью открытым, теперь показано, что канал закрыт, тем не менее при этом при необходимости доступна опция, связанная с описанной на Фиг. 6 и 7 возможностью организации канала 35 на поверхности клапана для рециркуляции отработавших газов при полной нагрузке, которая тем самым создает преемственность с сечением, которое применяется для режима с сокращенным выбросом газа, который, если необходимо, конечно будет ниже, чем тот, который получается при полной мощности, имея ввиду, что мощность уменьшается посредством закрытия клапана 51 в выпускном канале, который уже наполнен изрядным количеством отработавших газов.

Вкратце можно сказать, что при помощи данного устройство можно отдельно калибровать канал 35, который замыкает отработавшие газы, в зависимости от нагрузки на двигатель.

Поворотный клапан 30 среди множества возложенных на него функций также включает в себя функцию по разгрузке для уменьшения момента сопротивления при пуске двигателя, как показано на Фиг. 5; при этом необходимо принимать во внимание, что эффективность нагнетателя воздуха уменьшается на скорости пуска, вследствие этого невозможно нагнетать воздух через вспомогательный канал. При положении поворотного клапана в режиме наддува поршень 20 двигателя начинает фазу сжатия не после того как закрыт выпускной канал 33, а после того как закрыто окно вспомогательного канала 29; вследствие этого произойдет задержка сжатия, двойное преимущество которой состоит в том, что когда плечо рычага, определяемое радиусом кривошипа, соответствует максимуму (как в положении на Фиг. 5), то давление внутри цилиндра является низким, вследствие чего является малым сопротивление. Затем давление нарастает, когда поршень 20 двигателя достигает ВМТ, при этом в этой точке плечо рычага уменьшается, что приводит к тому, что в ней будет очень маленький момент сопротивления.

Уменьшение момента сопротивления при пуске, в частности, является преимуществом в вариантах применения, в которых требуется частый повторный пуск двигателя, например, в стартстопных системах.

Фиг. 12 иллюстрирует второй вариант осуществления данного изобретения, который заключается в трехцилиндровом двигателе, который целиком обозначен ссылочной позицией 100 и, в частности, пригоден в качестве тягового устройства в автомобильной отрасли.

При описании Фиг. 12, для удобства, элементы, которые выполняют те же функции, что уже описаны для одноцилиндрового двигателя, обозначены точно такими же ссылочными позициями.

Для подачи воздуха в двигатель 100 предпочтительно использовать нагнетатель с постоянной подачей, совместимый с характеристиками двигателя, вместо поршневого нагнетателя как в одноцилиндровых двигателях, так как если рабочий объем разбит, то данное решение более не имеет преимуществ как в плане затрат, так и размера.

Чтобы уменьшить поток воздуха при частичных нагрузках, может использоваться привод двигатель-нагнетатель с непрерывным преобразователем скорости, или упрощенное решение при помощи ступенчатого привода и воздушной заслонки на впуске нагнетателя с электронным управлением, которая заменяет функцию дроссельной заслонки. Управление данным устройством должно осуществляться совместно с уменьшением выпускного окна, которое главным образом отвечает за управление частичными нагрузками.

Нагнетатель воздуха (не показан) осуществляет подачу в двигатель через впускное окно 66, которое сообщается с камерой 82, которая разветвляется на транзитные окна 28; тем не менее двигатель 100 продолжает функционировать таким же образом, как уже было описано для одноцилиндрового варианта.

Фиг. 12 показывает сечение на высоте транзитных окон 28 как по оси поворотного клапана 30, так и по оси 90 дроссельных заслонок 51 выпускных каналов 33. В отличие от одноцилиндрового варианта в данном трехцилиндровом варианте, поскольку требуется как функционирование с наддувом, так и с частичной рециркуляцией газа, то поворотный клапан 30 имеет такую форму, чтобы выполнять все функции, которыми может управлять данное устройство и которые уже были описаны в одноцилиндровом варианте. Вкратце, поворотный клапан 30 имеет желоба 31 для управления соответствующими каналами 29 наддува, желоба 77 для балансировки клапана 30 и каналы 35 с переменным сечением для управления количеством участвующего в рециркуляции отработавшего газа при различных условиях работы двигателя.

Даже в режиме наддува в двигателе 100, как уже объяснено для одноцилиндрового двигателя, т.е. как показано на Фиг. 4, во время подъема поршня 20 двигателя транзитные окна 28 не закрыты, желоб 31 оставляет канал 29 открытым для наддува; и это может быть полезным для увеличения наполнения при использовании альтернативных высокооктановых видов топлива, как впрочем и для задержки сжатия при пуске, тем самым сокращая работу, расходуемую для данной функции, как объяснено для одноцилиндрового варианта.

Другой способ подачи воздуха для данного многоцилиндрового варианта может соответствовать тому, что показано на Фиг. 4A, где присутствует две магистрали подачи воздуха: главная магистраль 66 низкого давления, которая снабжает транзитные окна 28 через камеру 82, и другой ответвляющийся или отдельный канал 84, выполненный в коллекторе 67, который присоединен к цилиндру 18 посредством болтов 68, и осуществляющий подачу с более высоким давлением, который сообщается с каналом 29. В канале 29 выполнен поворотный клапан 30 с предусмотренным желобом 31 для продолжения подачи в закрытый цилиндр 18 двигателя через канал 29 наддува. Такая система направлена на достижение более высокой удельной мощности с отличной производительностью в диапазоне от средней до низкой мощности применительно к подаче с низким давлением.

Также предполагается, что на конце клапана 30 будет установлен вариатор 76 фаз, перемещение которого передается шестерне 52, аналогично тому, как описано со ссылкой на Фиг. 11.

Впрочем на данном двигателе мощность уменьшается главным образом посредством перекрытия выпускных каналов 33, аналогично тому и с теми же преимуществами, которые уже описаны в отношении одноцилиндрового варианта. В группе 62 выпускного коллектора клапаны 51 с цилиндрической частью (не показаны на Фиг. 12) работают в посадочных местах 50, выполненных в блоке цилиндров 80, и прикреплены к оси 90 соответствующей формы с сальниками 93 и опорными подшипниками 94 и 95 по концам. Клапанный блок размещен в коллекторе 60, омываемом охлаждающей жидкостью, который после установки на цилиндр соединяет выпускной канал 33 с выпускной системой (не показана). По обоим концам вала 90 предусмотрен датчик 64 положения и двухходовой электромотор 65 для изменения положения дроссельной заслонки 51.

При рассмотрении характеристик двигателей 10 и 100, созданных в соответствии с данным изобретением, очевидны следующие преимущества.

Во-первых, при помощи многофункционального клапана 30 можно просто и эффективно управлять наддувом и уменьшать момент сопротивления при запуске, посредством разгрузки цилиндра. Предпочтительно, клапан также может управлять рециркуляцией отработавших газов.

Дополнительные преимущества, обеспечиваемые этими двигателями, созданными в соответствии с данным изобретением, являются следующими:

- исключаются потери свежей смеси при выпуске из-за продувки воздухом и непосредственного впрыска топлива в цилиндр при помощи форсунки, размещенной в головке и направленной в направлении противоположном потоку продувки;

- продувка является более эффективной по сравнению с обычными двухтактными двигателями;

- возможно дозирование правильного объема отработавших газов, участвующих в рециркуляции;

- исключается утечки масла для смазки с вытекающими из этого преимуществами, связанными с сокращением выброса загрязняющих веществ, уменьшением нагара и последующего сокращения работ по обслуживанию;

- возможно увеличение степени сжатия, тем самым получают более высокое среднее давление для цикла; причем это возможно при помощи испарения бензина в цилиндре и при помощи косвенного охлаждения обогащаемого воздуха; при этом преимущество сохраняется даже при частичной мощности благодаря небольшой камере сгорания;

- возможность использования альтернативных видов топлива.

Приведенные выше преимущества сопровождаются теми, которые типичны для двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными двигателями:

- меньше вес и меньше габаритные размеры;

- меньше удельный расход при количественном управлении газом;

- выше равномерность момента благодаря тому, что полезных циклов вдвое больше, чем тех же циклов при выполнении четырехтактным двигателем за тот же интервал времени;

- уменьшаются механические нагрузки на шатуны, поскольку при тех же моментах, среднее эффективное давление цилиндра составляет половину значения, которое будет у четырехтактного двигателя;

- можно использовать высокоэффективные камеры сгорания благодаря отсутствию клапанов.

В заключении очевидно, что описанные двигатели 10, 100 могут быть модифицированы или изменены, не выходя за рамки объема изобретения, определяемого формулой изобретения.

Claims (14)

1. Двухтактный двигатель, содержащий: картер (11), ограничивающий, по меньшей мере, один цилиндр (18) двигателя; форсунку (58) для непосредственного впрыска топлива в цилиндр (18) двигателя; поршень (20) двигателя, перемещающийся внутри цилиндра (18) двигателя между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой; коленчатый вал (14), опирающийся в картере (11) на, по меньшей мере, два подшипника (2, 3) и включающий в себя, по меньшей мере, одну шатунную шейку (83); по меньшей мере, первый шатун (15), шарнирно соединенный с поршнем (20) двигателя и шатунной шейкой (83) коленчатого вала (14); нагнетатель (9) воздуха; главный канал (32), соединенный с нагнетателем (9) воздуха и сообщающийся с цилиндром (18) двигателя посредством множества продувочных каналов (28), открывающихся в цилиндр посредством соответствующих продувочных окон, размещенных непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке; и выпускной канал (33), открывающийся в цилиндр (18) посредством выпускного окна, размещенного непосредственно над поршнем (20), при его нахождении в нижней мертвой точке, отличающийся тем, что он включает в себя, по меньшей мере, один вспомогательный канал (29), соединенный с источником сжатого воздуха и выходящий в цилиндр (18) на уровне, выше продувочных каналов (28) и выпускных каналов (33); и клапан (30) для выборочного открытия и закрытия вспомогательного канала (29) для наддува во время работы и для разгрузки, чтобы уменьшить момент сопротивления при пуске двигателя; при этом клапан (30) является поворотным клапаном, который герметично соединен с посадочным местом (38), пересекающим вспомогательный канал (29), и имеет, по меньшей мере, один тангенциальный желоб (31), выполненный таким образом, что он выборочно совмещается с главным каналом (33).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный канал (29) ответвляется от главного канала (33), а источником сжатого воздуха является нагнетатель (9).

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что клапан (30) включает в себя канал (35), выполненный таким образом, что он обеспечивает рециркуляцию отработавших газов из цилиндра (18) через вспомогательный канал (28), до того как будет открыто выпускное окно.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он включает в себя преобразователь (76) фаз, связанный с клапаном (30) и выполненный с возможностью поворота клапана (30) на заданный угол, для исключения наддува при условиях частичной нагрузки.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя дроссельную заслонку (51) для уменьшения выпускного канала (33) при условиях частичной нагрузки, при этом дроссельная заслонка (51) предпочтительно размещается в коллекторе (60) в контакте с охлаждающей камерой (63), сообщающейся с охлаждающим контуром двигателя.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он является одноцилиндровым двигателем (10).

7. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что нагнетатель включает в себя цилиндр (24) нагнетателя, размещенный в двигателе (10); поршень (23) нагнетателя, совершающий возвратно-поступательное движение в цилиндре (24); и второй шатун (16), шарнирно соединенный с той же шатунной шейкой (83) коленчатого вала (14).

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что соответствующие оси (A, B) цилиндра (18) двигателя и цилиндра (24) нагнетателя выполнены по существу под углом 90° друг к другу.

9. Двигатель по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что он включает в себя встроенный генератор со статором (81), размещенным в картере (11), и ротором (88), соединенным с коленчатым валом (14).

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он является многоцилиндровым двигателем (100).

11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что он включает в себя, по меньшей мере, один нагнетатель постоянной подачи, который подает воздух в цилиндры.

12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что он включает в себя камеру (82), соединенную с транзитными окнами (28) каждого цилиндра (18), и главный канал (66), соединяющий камеру с нагнетателем.

13. Двигатель по п.12, отличающийся тем, что он включает в себя средство для подачи воздуха во вспомогательные каналы (29) каждого цилиндра (18) под давлением, которое выше давления воздуха в главном канале (66).

14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя маслонасос (17) для смазки под давлением подшипников (2, 3) и шатунной шейки (83).

Images