Двигун внутрішнього згоряння

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Известен поршневой двигатель с двумя отдельными камерами сгорания, полости которых выполнены с возможностью поочередного сообщения или разобщения с рабочей полостью общего для обеих камер цилиндра двигателя (А.с. СССР №45463, кл. F02B19/06 от 31.12.35). При этом поочередное сгорание топлива в указанных камерах происходит в условиях постоянного их объема (V = const), а выполнение такта расширения сгоревших газов осуществляется после полного выгорания топлива в соответствующей камере. В этом случае примерно в пять раз увеличивается время, отведенное для сгорания топлива в соответствующей камере сгорания, что способствует высокой степени выгорания топлива в двигателе в сравнении с двигателем с обычной камерой сгорания, постоянно сообщенной с полостью его цилиндра, при прочих равных условиях. Причем более полное выгорание топлива в камерах сгорания двигателя достигается здесь как в случае использования обычных видов топлива, так и в случае применения очищенной от парафинов нефти или мазута, цена которых в несколько раз ниже цены бензина или солярки. Однако у этого двигателя имеются существенные недостатки. Они заключаются в том, что механизм сообщения-разобщения камер сгорания с рабочей полостью цилиндра выполнен в нем в виде плунжеров, перемещающихся от кулачкового вала, связанного с валом двигателя. При этом каждый плунжер попеременно перекрывает собой боковое отверстие в своей камере сгорания, которым последняя сообщается с полостью цилиндра. В этом случае при надежном перекрытии указанных отверстий указанными плунжерами происходит вначале значительное дополнительное сжатие этими плунжерами рабочей смеси или чистого воздуха в камерах сгорания, а после сгорания топлива непроизводительное расширение газов в камерах, что ведет к нарушению нормальной работы двигателя и снижает его к.п.д. Указанные недостатки отсутствуют в поршневом двигателе, в котором перекрытие такого рода отверстий, которыми две аналогичные камеры сгорания поочередно сообщаютсяразобщаются с рабочей полостью общего для обеих камер цилиндра, осуществляется с помощью поворотных кранов (крановых пробок) (А.с. СССР №33985, кл. F02 19/02, от 31.03.30). В этом двигателе процесс открытия или закрытия указанных отверстий практически не меняет заданной степени сжатия рабочей смеси или чистого воздуха в камерах сгорания. Благодаря этому повышается к.п.д. двигателя и обеспечивается нормальная его работа. Однако и у этого двигателя имеются существенные недостатки. Они заключаются в малой надежности конструкции, по причине прямого бокового воздействия на пробки указанных кранов сил давления сгоревших газов в камерах сгорания двигателя. Это приводит к быстрому износу самих этих пробок и их посадочных мест, а также затрудняет их быстрое переключение, что снижает надежность работы двигателя и усложняет его конструкцию. Задачей данного изобретения является упрощение конструкции двигателя и повышение его надежности. Поставленная задача решается тем, что в двигателе, содержащем в корпусе две камеры сгорания, выполненные с возможностью поочередного сообщения-разобщения с рабочей полостью общего для этих камер цилиндра двигателя, а также кинематически связанные с валом двигателя подвижные элементы для осуществления указанного сообщенияразобщения этих камер с рабочей полостью цилиндра, согласно изобретению, каждый подвижный элемент выполнен в виде золотника, содержащего как минимум по две уплотняющих пробки, а камеры сгорания размещены в полостях между двух уплотняющих пробок своего золотника. Согласно изобретению, обе камеры сгорания расположены в полостях общего золотника, содержащего на себе как минимум три уплотняющих пробки, причем, сами камеры сгорания размещены в полостях, расположенных на противоположных концах от средней его уплотняющей пробки между ней и смежными в ней пробками. Согласно изобретению, в гильзе золотника в области расположения бокового отверстия по ширине этого отверстия выполнена расточка, внутренний диаметр которой выполнен больше диаметра уплотняющей пробки золотника. Согласно изобретению, боковые отверстия для сообщения-разобщения камер сгорания с рабочей полостью цилиндра двигателя совмещены в одно общее боковое отверстие, которое расположено у вершины сужающейся поверхности корпуса, обращенной своей более широкой частью от золотника. Благодаря выполнению подвижных элементов в виде золотников, имеющих на себе как минимум по две уплотняющих пробки, и размещению камер сгорания в полостях золотника, расположенных между двух его уплотняющих пробок, обеспечивается полное уравновешивание сил давления газов на поверхностях подвижных чувствительных элементов, упрощается привод золотников и повышается надежность работы двигателя. Выполнение подвижных элементов в виде одного общего золотника с тремя уплотняющими пробками и расположение камер сгорания в его полостях, расположенных на противоположных концах его средней уплотняющей пробки между ней и смежными с ней крайними пробками, ведет к дальнейшему упрощению конструкции двигателя. Совмещение боковых отверстий для сообщения-разобщения камер сгорания с рабочей полостью цилиндра двигателя в одно более для обеих камер боковое отверстие также ведет к упрощению конструкции двигателя. Кроме того, расположение золотника у вершины сужающейся поверхности корпуса, обращенной более широкой частью противоположно золотнику, повышает надежность работы двигателя. Это достигается благодаря открывающейся при этом возможности свободного расположения вокруг золотника рубашки охлаждения последнего, что и ведет к повышению его долговечности и надежности его работы. Выполнение расточки в гильзе золотника в области ее бокового отверстия позволяет уравновесить силы давления газов на золотнике при перекрытии его средней пробкой бокового отверстия в процессе переключения камер сгорания с полостью цилиндра. Благодаря этому также повышается надежность работы двигателя. На фиг.1 показан общий вид двигателя в его вертикальном сечении по оси цилиндра, перпендикулярном оси золотника; на фиг.2 общий вид сбоку корпуса головки цилиндра двигателя в его вертикальном сечении по оси золотника в положении, когда процесс сгорания топлива происходит в правой камере сгорания; на фиг.3 общий вид сбоку корпуса головки цилиндров двигателя в его вертикальном сечении по оси золотника в положении, когда процесс сгорания топлива происходит в левой камере сгорания. Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором размещен поршень 2 двигателя, связанный пальцем 3 и шатуном 4 с коленчатым валом 5, фиг.1. В корпусе 6 головки цилиндра двигателя имеются впускной 7 и выпускной 8 каналы с впускным 9 и соответственно выпускным 10 тарельчатыми клапанами. Со стороны рабочей полости цилиндра 1 поверхность корпуса 6 головки цилиндра двигателя выполнена сужающейся кверху, например, конусной или пирамидальной, а клапанные гнезда клапанов 9 и 10 расположены на указанной поверхности (фиг.1). В корпусе 6 между клапанами 9 и 10 двигателя имеется цилиндрическая гильза золотника с золотником 11, вокруг которой проделаны полости 12, для охлаждения гильзы золотника и его самого, заполненные охлаждающей жидкостью фиг.1, 2, 3. В гильзе золотника 11 имеется два верхних и одно нижнее боковые отверстия. Для верхних боковых отверстия в указанной гильзе расположены симметрично точке пересечения осей гильзы золотника 11 и цилиндра 1. В эти боковые отверстия проходят закрепленные на корпусе 6 форсунки 13 и 14 для подачи и распыла топлива (при работе двигателя с воспламенением рабочей смеси от сжатия) или свечи зажигания (при работе двигателя с воспламенением рабочей смеси от свечи зажигания) (фиг.1, 2, 3). Нижнее боковое отверстие в гильзе золотника 11 расположено по оси цилиндра 1 двигателя. Оно служит для сообщения рабочей полости цилиндра двигателя с полостью указанной гильзы золотника и расположено у вершины обращенной к рабочей полости цилиндра 1 сужающейся поверхности корпуса 6 головки цилиндра, фиг.1. По ширине этого бокового отверстия в гильзе золотника 11 выполнена расточка 15, диаметр которой немногим больше диаметра самой гильзы и золотника 11, фиг.2, фиг.3. На штоке золотника 11 имеются три уплотняющие пробки, полости 16 и 17 между которыми служат камерами сгорания двигателя. Сам золотник проушиной 18 на конце его штока кинематически связан с механизмом управления положением золотника 11. Им может быть связанный с коленчатым валом 5 двигателя соответствующий рычажно-кулачковый или кривошипно-шатунный механизм (на чертеже не показан). Торцы гильзы золотника 11 закрыты крышками 19 и 20, которые трубками 21 и 22 сообщаются с выхлопным коллектором двигателя (коллектор на чертеже не показан). Как показано на фиг.1, днище поршня 2 также выполнено сужающимся кверху и повторяет собой внутреннюю сужающуюся кверху поверхность корпуса 6 головки цилиндра, а также сопрягающийся с ним цилиндрический участок золотника 11. Работает двигатель следующим образом. При осуществлении такта всасывания поршень 2 движется вниз от верхней мертвой точки к нижней. При этом с помощью механизма газораспределения (на чертеже не показан) открывается впускной клапан 9, и чистый воздух или рабочая смесь через впускной канал 7 поступает в рабочую полость цилиндра 1. В это время золотник 11 располагается в положении, при котором одна из его камер 16 или 17 сообщена с рабочей полостью цилиндра 1, а вторая камера разобщена с указаний рабочей полостью цилиндра 1. Например, в показанном на фиг.2 случае, камера 16 сообщается с рабочей полостью цилиндра 1, а камера 17 разобщена с указанной полостью. При этом в камере 17 происходит сгорание топлива после предыдущих с рассматриваемым тактом тактом сжатия воздуха и впрыска топлива или сжатия и воспламенения рабочей смеси в камере 17. После достижений поршнем 2 нижней мертвой точки и окончания такта всасывания клапан 9 закрывается и чистый воздух или рабочая смесь начинает сжиматься поршнем 2, движущимся при этом снизу вверх. Через нижнее боковое отверстие в гильзе золотника 11 сжимаемый чистый воздух или рабочая смесь проходят из рабочей полости цилиндра 1 в камеру 16, полностью заполняя ее. При приближении поршня 2 к верхней мертвой точке золотник 11 начинает сдвигаться в сторону перекрытия его средней уплотняющей пробкой нижнего бокового отверстия в гильзе этого золотника. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки и полном окончании такта сжатия золотник 11 сдвигаясь влево быстро перекрывает своей средней уплотняющей пробкой нижнее боковое отверстие в гильзе золотника 11, запирая таким образом сжатый чистый воздух или рабочую смесь между средней и смежной с ней левой уплотняющей пробкой, т.е. в камере 16, фиг.2. Одновременно при быстром движении золотника 11 влево его средняя уплотняющая пробка быстро открывает указанное боковое отверстие в его гильзе, сообщая теперь уже камеру сгорания 17 с рабочей полостью цилиндра 1. Находящиеся в камере 17 сгоревшие газы под большим давлением проходят в рабочую полость цилиндра 1. Толкая поршень 2 сверху вниз силой своего давления сгоревшие газы совершают рабочий такт двигателя, фиг.3. Что же касается камеры сгорания 16, то в ней одновременно с этим происходит процесс горения топлива путем его подачи в эту камеру через форсунку 13, или воспламенения рабочей смеси свечей зажигания, устанавливаемой на месте форсунки 13 (фиг.3). При движении поршня 2 от верхней к нижней мертвой точке во время его рабочего хода, золотник 11 полностью откроет собой нижнее боковое отверстие в своей гильзе, как это показано на фиг.3. По окончании рабочего хода поршня 2 клапан 10 открывается и отработанные газы через выпускной канал 8 вырываются наружу. При последующем движении поршня 2 снизу вверх к верхней мертвой точке завершается такт выхлопа и рабочая полость цилиндра 1 окончательно освобождается от отработанных газов. После завершения такта выхлопа клапан 9 снова открывается, а клапан 10 быстро закрывается. При последующем движении поршня 2 от верхней мертвой точки вниз в такте всасывания, чистый воздух или рабочая смесь засасывается через канал 7 и открытый клапан 9 в рабочую полость цилиндра 1. По завершению этого такта клапан 9 закрывается, а поршень 2 двигаясь снизу вверх производит сжатие чистого воздуха или рабочей смеси в рабочей полости цилиндра 1. Поскольку камера сгорания 17 в этот момент сообщена через нижнее боковое отверстие в гильзе золотника 11 с рабочей полостью цилиндра 1, сжимаемый воздух или рабочая смесь заполняют собой камеру 17. По мере приближения поршня 2 к верхней мертвой точке в такте сжатия золотник 11 начинает смещаться вправо в сторону перекрытия его средней пробкой нижнего бокового отверстия в гильзе золотника 11, которым камера 17 сообщается с рабочей полостью цилиндра 1. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки и окончания такта сжатия золотник 11 сместится вправо настолько, что средняя его пробка полностью перекроет указанное боковое отверстие, разобщая таким образом камеру 17 с рабочей полостью цилиндра 1. Двигаясь слева направо, золотник 11 своей средней пробкой снова быстро открывает нижнее боковое отверстие в своей гильзе, снова сообщая таким же образом камеру 16 с рабочей полостью цилиндра 1. Находящиеся в камере 16 сгоревшие газы под большим давлением вырываются из этой камеры в рабочую полость цилиндра 1, толкают силой своего давления поршень 2 вниз, совершая таким образом рабочий ход двигателя. Что же касается камеры 17, то в ней при этом происходит процесс подачи топлива форсункой 14 и его сгорание или воспламенения рабочей смеси свечей зажигания, устанавливаемой в этом случае на месте форсунки 14, фиг.2. После завершения рабочего хода, клапан 10 открывается и отработанные газы движением поршня снизу вверх полностью выталкиваются через канал 8 наружу, завершая таким образом такт выхлопа. По его окончании клапан 9 снова открывается, а клапан 10 быстро закрывается, создавая условия для прохождения последующего такта всасывания и т.д. Таким образом, в момент окончания такта сжатия и начала рабочего хода двигателя, золотник 11 каждый раз резко переводится в противоположное положение, разобщая свою камеру со сжатым свежим воздухом или рабочей смесью с рабочей полостью цилиндра 1 и одновременно сообщая вторую свою камеру с находящимися в ней под большим давлением сгоревшими газами с рабочей полостью цилиндра. Поэтому у четырехтактного двигателя полный период, за который золотник 11 возвращается в свое первоначальное положение, осуществляется за четыре оборота коленчатого вала 5 двигателя. У двухтактного двигателя это будет осуществляться едва раза быстрее. Следовательно, в четырехтактном двигателе горение топлива в разобщенной с рабочей полостью цилиндра камере сгорания будет происходить на протяжении всех четырех тактов двигателя, т.е. двух оборотов его коленчатого вала и плюс к тому же может продолжаться и во время осуществления ее рабочего хода при ее сообщении с рабочей полостью цилиндра. Поэтому отведенное для горения топлива время увеличивается здесь в пять раз в сравнении с обычным двигателем, у которого горение топлива может продолжаться только в период рабочего хода, т.е. за половину оборота коленчатого вала двигателя. В двухтактном двигателе горение топлива в камерах сгорания может продолжаться здесь на протяжении полутора оборотов коленчатого вала, т.е. отведенное для горения время увеличивается в три раза в сравнении с обычным двигателем. Поскольку кольцевая расточка 15 выполнена на всю ширину нижнего бокового отверстия в гильзе золотника 11, передаваемое по ней давление газов схватывает его среднюю пробку по всему ее окружному периметру на всей ширине этого отверстия. Следовательно, при переключении камер 16 и 17 сгорания двигателя на золотнике 11 не будут возникать боковые силы давления газов. Силы давления газов в самих камерах 16 и 17 также не вызывают здесь ни боковых ни осевых сил смещения золотника 11. Газы, которые просочились через уплотнения между уплотняющими пробками и гильзой золотника 11, удаляются из полостей крышек 19 и 20 по трубкам 21 и 22 в выхлопной коллектор двигателя. Выполнение днища поршня сужающимся, повторяющим собой обращенную к нему поверхность корпуса 6 головки цилиндра и сопрягающийся с поршнем участок золотника 11 (фиг.1), с расположением золотника у вершины этой поверхности, позволяет достаточно просто разместить полости 12 рубашки охлаждения вокруг гильзы золотника 11 при обеспечении максимально полного вытеснения сжимаемого воздуха или рабочей смеси из рабочей полости цилиндра 1 в камеры сгорания 16 и 17.