В настоящее время находят применение 2-х тактные поршневые ДВС , которые ввиду их особенностей используются в основном в мотоциклах, мопедах, лодочных моторах и других маломощных устройств..
2-х тактные ДВС по сравнению с 4-х тактные имеют ряд достоинств:
- за один оборот выходного вала в 2-х цилиндровом ДВС при рабочем ходе происходит две вспышки , также как и в 4-х тактном, т.е. мощность развиваемая 2-мя цилиндрами соответствует 70 - 80 процентов 4-х тактного ДВС при меньшем количестве цилиндров,
– 2-х тактные ДВС быстрее набирают обороты выходного вала по сравнению с 4-х тактными, т.е. обладают большей приёмистостью
В тоже время 2-х тактные ДВС имеют ряд существенных недостатков , которые ограничивают их применение:
– в определённый период движения поршня вниз при рабочем ходе открываются каналы в стенке цилиндров для удаления отработанных газов и при дальнейшем перемещении поршня открываются каналы для заполнения объёма цилиндра воздушно-бензиновой смесью , заполняющей объём картера и часть этой смеси теряется через каналы для выхода горючих газов. Это сказывается на повышенном расходе топлива, что при ДВС не большой мощности не так существенно, где основной приоритет - снижение массы ДВС.
- воздушно-бензиновая смесь , заполняющая внутреннюю полость картера требует герметичности полости картера ввиду возможной её утечки и снижении надёжности работы ДВС.
- в виду близкого расположения каналов для удаления сгоревших газов и каналов для подачи воздушно-топливной смеси промежуток времени не всегда достаточен для более полного заполнения полости цилиндра.
В виду выше указанных недостатков 2-х тактные ДВС не нашли широкого применения.
В патенте 2 769 610 ( 2021г) решается задача по устранению выше указанных недостатков:
- в данной конструкции каждый цилиндр имеет две камеры, разделённые поршнем с установкой крышки в нижней части цилиндра
- также в нижней и средней частях выполнены кольцевые канавки соединённые между собой продольными канавками
- при такой конструкции поршень со штоком перемещается только вдоль оси цилиндра в отличие от кривошипно-шатунного механизма.
Работа ДВС происходит в следующей последовательности?
- при рабочем ходе при сгорании воздушно-бензиновой смеси поршень движется вниз и в определённом положении согласно профиля кулачка распределительного вала в верхней крышке цилиндра открывается выпускной клапан с удалением сгоревших газов, в тоже время происходит сжатие воздуха в нижней части цилиндра и при дальнейшем перемещении поршня открывается верхняя кольцевая канавка с вытеснением оставшихся продуктов горения т.е. происходит продувка верхней камеры с полным удалением оставшихся газов . Далее выпускной клапан закрывается , а воздух из нижней части цилиндра за счёт его повышенного давления перемещается в его верхнюю камеру вплоть до достижения поршнем нижнего положения. При обратном движении поршня вверх после достижения верхней кольцевой канавки при закрытом выпускном клапане происходит сжатие воздуха в верхней камере цилиндра , при этом при впрыске топлива в конце хода и вспышки за счёт электрической искры выполняется рабочий ход, и одновременно а нижней камере происходит за счёт образования вакуума заполнение её через обратный клапан. Далее цикл движения поршня повторяется. За счёт отделения крышкой цилиндра нижняя камера отделяется от полости картера , что допускает возможность её разгерметизации не влияя на процессах в цилиндре. В данной конструкции ввиду нахождения в нижней камере охлаждённого воздуха достигается интенсивное охлаждение самого поршня.
В этом варианте перемещается из нижней камеры в верхнюю только воздух и не будет потеря воздушно-бензиновой смеси , как это происходит в предыдущих конструкциях. Этим достигается повышение кпд ДВС.
Общий вид
Цикл работы ДВС
Некоторое усовершенствование 2-х цилиндрового 2-х тактного ДВС выполнено по патенту 2 796 723 ( 2023г). Отличие состоит в применение коромысла с контактированием его со штоками двух параллельно расположенных цилиндров. Данная конструкция позволяет исключить применение двухколенчатого вала и заменить его на одноколенчатый , что позволяет уменьшить количество деталей и выполнить ДВС более компактным
Согласно фиг 1 двигатель содержит картер 1, поддон 2, головку блока цилиндров 3, тарельчатый клапан 4 ( 2 шт ) , двуплечий рычаг 5 (2 шт ) , толкатель 6 ( 2 шт) , , шатун 7 , опору 8 ( 2 шт ) , по фиг 2 - поршень 9 ( 2 шт) , шток 10 ( 2шт ), съёмную крышку 11 (2 шт ) , шарнир 12 ( 2шт ) , коромысло 13 с двумя пазами 14 , вал коромысла 15, поводок 16, по фиг 3 – выходной вал 17, распределительные кулачки 18 ( 2 шт ) , водило 19 , эксцентрик 20 , маховик 21, по фиг 4 – продольные канавки 22, поперечные канавки 23, по фиг 5 – прорезь для опоры 24 ( 2 шт ) и цилиндры 25 ( 2 шт ) . по фиг 6 - продольный паз 26 и отверстие 27.
Элемент А
Имеется ещё один пример конструкции 2-х камерного 2-х тактного ДВС согласно патента 2 786 613 ( 2022г)
Отличие его от предыдущих конструкций состоит в применение ползуна, перемещаемого по 2-м штангам и связанного с одной стороны со штоками поршней , а с другой с шатуном - с одноколенчатым валом. Достоинство этой конструкции состоит в её простоте и минимальном количестве деталей. Более подробное описание в последующих статьях.
Общий вид оппозитного ДВС
Кинематическая схема ДВС по патенту 2 786 613
Некоторое усовершенствование цилиндропоршневой группы отражено в патенте 2 803 516 ( 2023г)
В данном патенте в цилиндре удалены кольцевые и продольные канавки. Перемещение воздуха из нижней камеры в верхнюю осуществляется через клапана ,установленных непосредственно в самом поршне и контатирующих с элементами нижней крышки, что позволяет производить дополнительное охлаждение поршней.
Ниже показано 2 варианта исполнения данного решения : 1 вариант -для небольших диаметрах поршней , 2 вар для увеличенных диаметров..
1 вариант
2 вариант
Все выше показанные разработки можно широко применить, например, для привода электрогенераторов, малолитражных автомобилей, беспилотных летательных аппаратов ввиду их незначительной массы и сравнительно небольших габаритов по сравнению со стандартными конструкциями. Возможно дальнейшее усовершенствование предлагаемых конструкций со снижением массы и трудоёмкости при изготовлении с последующей стандартизацией отдельных элементов .
Видео по данной теме https://dzen.ru/video/watch/660a5f9e56b2675a85bd40b4
Автор : Терентьев Юрий Иванович
Электронная почта terentiev1940@mail.ru