Двотактний двигун

Двотактний двигун може бути застосований на транспортних засобах і стаціонарних установках. Аналогічними пристроями є двигуни внутрішнього згоряння, в яких здійснюється перетворення енергії робочого тіла в механічну енергію. В двотактних двигунах за один хід поршня здійснюється перетворення енергії робочого тіла в механічну енергію, виведення із камери згоряння газів, що відпрацювали, і заповнення камери згоряння новою порцією робочого тіла. При рухові поршня в зворотньому напрямку відбувається стиснення робочого тіла. В двигунах, які працюють по циклу Дизеля виведення газів, що відпрацювали, і заповнення камери згоряння здійснюється продувкою камери згоряння повітрям, яке під тиском подається спеціальним пристроєм (турбіною, поршнем і другими). В зв'язку з тим, що поршень і циліндр є подібні геометричні тіла, для їх розрізнення, поршнем будемо називати деталь, яка може рухатись відносно корпусу двигуна, а циліндром - яка не має такої можливості. Прототипом заявленого двотактного двигуна є двотактний дизельний двигун із складеним поршнем, інформацію про який опубліковано в видавництві Комітету СРСР в справах винаходів і відкрить Всесоюзного НДІПЕ "Изобретения стран мира" [випуск 89 МПК F02, 1988 р., №4, стор. 14]. Цей двотактний двигун з нетрадиційним переміщенням призначений для полегшення, зменшення розмірів і зниження вартості виготовлення деталей, завдяки зменшенню числа частин двигуна за рахунок виконання різних функцій (попереднього стиснення повітря, горіння, охолодження) за допомогою складеного поршня, що складається із двох пар поршнів різних діаметрів (поршнів для камер згоряння і поршнів для попереднього стиснення повітря) і ці поршні з'єднано в одну деталь. Тобто зіставний поршень прототипу одночасно встановлено і в циліндрі попереднього стиснення повітря і в циліндрі двигуна і використано зовнішні поверхні днищ поршнів — дві для поперднього стиснення повітря і інші дві — для камер згоряння. Спільними для прототипу і заявленого двигуна є те, що поршень встановлено одночасно і в циліндрі попереднього стиснення повітря і в циліндрі двигуна і одну поверхню днища поршня використано для попереднього стиснення повітря, а іншу — для камери згоряння; поршень є одна деталь. Відрізняється заявлений двигун від прототипу тим, що встановлено один поршень, для камери згоряння використано внутрішню поверхню днища цього поршня і в поршні встановлено циліндр двигуна. В основу винаходу поставлена задача удосконалити двотактний двигун шляхом введення нових конструктивних елементів, виключення властивих прототипу конструктивних елементів і введення нових зв'язків між елементами, забезпечити виключення з конструкції двотактного двигуна газорозподільчого механізму, водяної сорочки, зменшення кількості частин двигуна, підвищення надійності, моторесурсу і зменшення розмірів, ваги і вартості двигуна. Поставлена задача розв'язується за допомогою виконання різних функцій поршнем (газорозподілу, попереднього стиснення повітря (робочого тіла), горіння і охолодження), розміщеним одночасно в двигуні і циліндрі попереднього стиснення повітря таким чином, що камера згоряння розміщена між внутрішньою поверхнею днища поршня і днищем циліндра двигуна, який установлено всередині поршня, а камера попереднього стиснення повітря знаходиться між зовнішньою поверхнею днища поршня і днищем циліндра попереднього стиснення повітря, виконанням отворів у боковій стінці поршня для розміщення пальців, на яких установлено циліндр двигуна, трубки подачі пального (провода для свічки), трубок охолодження, видалення відпрацювавших газів, а також установленням в днищі поршня клапана продувки. При впровадженні винаходу може бути одержаний позитивний результат, який полягає в можливості реалізації як традиційних, так і нетрадиційних конструкцій двотактних двигунів; двигуни можуть бути як дизельними, так і карбюраторними і мати високі економічні показники. Полегшення, зменшення розмірів і зменшення вартості виготовлення деталей являється спільним для прототипу і заявленого двигуна, але внаслідок виконання поршнем заявленого двигуна газорозподілу, ці якості проявляються в заявленому двигуні в більшій мірі. Дійсно, виключення із конструкції двигуна головки блоку циліндрів, газорозподільчого валу, штовхачів і штанг значно зменшує вагу двигуна, його вартість і габарити. Враховуючи, що циліндр попереднього стиснення повітря охолоджується атмосферним повітрям, а циліндр двигуна - охолоджуючою рідиною, поршень охолоджується за рахунок постійного контакту з циліндром попереднього стиснення повітря з зовнішньої сторони і циліндром двигуна - з внутрішньої, а також при заповненні повітрям (робочим тілом) камери згоряння при продувці. Тому водяна сорочка не потрібна і вага двигуна ще зменшиться. Відомо, що зменшення кількості елементів системи призводить до збільшення надійності цієї системи - двигун повинен бути більш надійним. Є також інші види позитивного технічного результату, одержання яких забезпечує заявлений двигун. Якщо циліндр двигуна установити на пальці з можливістю провертання на кут, рівний відхиленню поршня під дією кривошипно-шатунного механізму, то всю нагрузку сприйматиме внутрішня поверхня циліндра попереднього стиснення повітря і кільця поршня, що установлені в циліндрі попереднього стиснення повітря; зпрацьовування внутрішньої поверхні поршня буде незначним і моторесурс двигуна збільшиться. Заміна ж циліндра попереднього стиснення повітря не потребує великих зусиль, так як останній можна виконати легкозйомним. Крім того, простеження циліндром двигуна напрямку руху поршня запобіжить заклинюванню поршня. На фігурі, що додасться, зображено перетин циліндро-поршньової групи і кривошипно-шатунного механізму площиною, що проходить через вісь поршня і пальця. В конструкцію двотактного двигуна входить поршень 1 з клапаном продувки 2, кільцями 3, 4, 5 і отворами 6, 7. Поршень 1 установлено в циліндрі попереднього стиснення повітря 8, в якому виконані отвори 9 і 10. В поршні 1 установлено циліндр двигуна 11 з кільцями 12, 1З, 14 і форсункою 15. Циліндр двигуна 11 з'єднаний з циліндром попереднього стиснення повітря 8 пальцями 16, 17. Шатун 18 з'єднаний з поршнем 1 пальцем 19. При приведенні в рух шатуна 18 поршень 1 переміщується в бік шатуна 18; клапан продувки 2 закривається. В камері згоряння між поршнем 1 і циліндром двигуна 11 стискується повітря (робоче тіло), а при досягненні головкою поршня 1 отворів 9 в камеру попереднього стиснення повітря засмоктується повітря (робоче тіло). Через форсунку 15 подається пальне (в випадку карбюраторного двигуна форсунка не потрібна, а потрібна свічка) і здійснюється процес згоряння. Тиск в камері згоряння збільшується, поршень 1 рухається у зворотньому напрямку, передаючи зусилля за допомогою пальця 19 шатуну 18, отвори 9 закриваються і в камері попереднього стиснення повітря стискується повітря (робоче тіло). При подальшому рухові поршня 1 суміщаються отвори 6 і 10 і через них видаляються гази, що відпрацювали. Одночасно клапан продувки 2 досягає днища циліндра попереднього стиснення повітря 8 і відкривається. Стиснуте в камері попереднього стиснення повітря (робоче тіло) поступає в камеру згоряння і витісняє залишки газів, що відпрацювали. Надалі цикл роботи повторюється. Кільця 3, 4, 5, 12, 13, 14 і отвори 7 зображені для того, щоб показати можливість зворотньопоступального руху поршня 1. Кільце 5, крім функції знімання мастила, ділить ємності камери згоряння і картера під час випуску газів, що відпрацювали, а кільце 4 камери згоряння і отворів 9. Діаметр камери попереднього стиснення повітря більший, ніж діаметр камери згоряння на подвійну товщину стінки поршня 1, тому і об'єм камери попереднього стиснення повітря більший, ніж об'єм камери згоряння. Тиск в камері попереднього стиснення повітря збільшується внаслідок зменшення об'єму камери попереднього стиснення повітря при рухові поршня 1, а також внаслідок нагрівання повітря (робочого тіла) при контакті з поршнем 1 і клапаном продувки 2. Враховуючи різницю в об'ємах і підвищення тиску внаслідок нагрівання, повітря в камері попереднього стиснення повітря достатньо для продувки, Змащення деталей традиційне. Клапан продувки 2 змащується незначною кількістю мастила, яке попадає через кільця 3, 4, 5 в камеру попереднього стиснення повітря, а також здувається в сторону клапана продувки 2 в момент відкриття отворів 9. Циліндр попереднього стиснення повітря 8 охолоджується повітрям, а циліндр двигуна 11 - охолоджуючою рідиною. Охолодження поршня 1 виконується теплопередачею при постійному контакті з поверхнями циліндра двигуна 11 і циліндра попереднього стиснення повітря 8, а також повітрям (робочим тілом) під час продувки через клапан продувки 2 і отвори 6 і 10, при відкриванні отворів 9 і стисканні повітря (робочого тіла) в камері попереднього стиснення повітря, а також мастилом картера. Клапан продувки 2 працює в менш важкому термічному режимі, ніж випускні клапани відомих двигунів, оскільки через нього проходить повітряіз камери попереднього стиснення повітря. Можна виключити клапан 2 із конструкції за рахунок виконання отворів для продувки в поршні 1 і циліндрі попереднього стиснення повітря 8, проте це приведе до зменшення моторесурсу.