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-разобщения с рабочей полостью общего для эти х камер цилиндра двигателя (А.с. СССР №45463, кл. F02B19/06 от 31.12.85). Поочередное сгорание топлива в указанных камерах происходит в условиях постоянного объема V, т.е. V = const, a расширение сгоревших газов при рабочем ходе поршня - после полного сгорания топлива в соответствующей камере, что повышает экономичность двигателя. Однако у него имеются и существенные недостатки. Сообщение-разобщение камер сгорания с рабочей полостью цилиндра осуществлено в нем с помощью плунжеров, перемещающи хся от кулачкового вала. При этом каждый плунжер попеременно открывает собой боковое отверстие в своей камере сгорания, которым последняя сообщается с полостью цилиндра. Поэтому, при надежном перекрытии указанного отверстия соответствующим плунжером происходит вначале дополнительное сжатие им рабочей смеси или чистого воздуха в своей камере сгорания, а после сгорания топлива непроизводительное расширение в ней указанных газов, что нарушает нормальную работу двигателя и снижает его КПД. Указанные недостатки отсутствуют в двигателе по а.с. СССР №39474, кл. F02 19/02 от 31.11.34. В нем также имеется две камеры сгорания, выполненные с возможностью поочередного сообщения-разобщения с рабочей полостью общего для этих камер цилиндра двигателя, корпус головки цилиндра с гильзой в теле корпуса, которая своим боковым отверстием сообщена с рабочей полостью цилиндра, и подвижный элемент, установленный в гильзе с возможностью открытия-закрытия собой указанного отверстия при своем перемещении в ней за счет его кинематической связи с поршневым двигателем. Причем гильза и подвижный элемент установлены между каждой из камер сгорания и полостью цилиндра и выполнены в виде гнезда поворотного крана и крановой пробки в ней, связанной кинематической связью с валом двигателя а, следовательно, и с его поршнем. В этом двигателе процесс открытия-закрытия указанных боковых отверстий практически не сопровождается изменением заданной степени сжатия рабочей смеси или чистого воздуха в камерах сгорания, а также непроизводительным расширением сгоревших газов в них. Однако и у этого двигателя имеются существенные недостатки. Они заключаются в малой надежности конструкции, по причине прямого бокового воздействия высоких температур и силы давления сгоревших газов в камерах сгорания на сравнительно большую уплотняющую боковую поверхность указанных подвижных элементов и их гильз, что ведет к снижению надежности работы двигателя и усложняет его конструкцию. В основу изобретения поставлена задача такого усовершенствования двигателя внутреннего сгорания, при котором, за счет изменения места размещения камер сгорания - их конструкции и конструкции подвижного элемента, обеспечивалось бы уравновешивание сил давления газов на подвижном, элементе и уменьшалось прямое воздействие высоких температур сгоревших газов на уплотняющие поверхности как гильзы, так и подвижного элемента, и, следовательно, тем самым упрощалась конструкция двигателя и повышалась надежность его работы. Поставленная задача решается тем, что в двигателе, содержащем две камеры сгорания, выполненные с возможностью поочередного сообщения-разобщения с рабочей полостью общего для этих камер цилиндра двигателя, корпус головки цилиндра с гильзой в теле корпуса, которая своим боковым отверстием сообщена с рабочей полостью цилиндра, и подвижный элемент, установленный в гильзу с возможностью открытия-закрытия собой указанного бокового отверстия при своем перемещении в ней за счет его кинематической связи с поршнем двигателя, согласно изобретению, как минимум одна камера сгорания выполнена в виде полости в подвижном элементе с двумя диаметрально противоположными входными отверстиями, размещение которых выбрано из условий поочередного совмещения одного из них с боковым отверстием в гильзе при перемещениях подвижного элемента. При этом вторая камера сгорания двигателя также выполнена в виде второй полости в подвижном элементе с двумя диаметрально противоположными входными отверстиями, размещение которых выбрано из условий поочередного совмещения одного из них с боковым отверстием в гильзе при перемещениях подвижного элемента, причем, расстояние между смежными отверстиями первой и второй камер сгорания выбрано таким, что при совмещении входного отверстия одной камеры сгорания с указанным боковым отверстием в гильзе, входные отверстия второй камеры сгорания были разобщены с этим боковым отверстием и наоборот. Благодаря такому выполнению подвижного элемента и камер сгорания становится возможным проведение футеровки внутренней поверхности этих камер термостойким материалом с низкой теплопроводностью. При этом, прямое тепловое воздействие сгоревших газов на боковую уплотняющую поверхность гильзы происходит здесь только ее участкам, располагающимся напротив отверстий в подвижном элементе. Это существенно уменьшает указанное тепловое воздействие как на боковую поверхность гильзы так и подвижного элемента. Кроме того, при этом обеспечивается полное уравновешивание сил давления газов, действующи х на поверхность подвижного элемента, что полностью разгружает его от этих сил. Все это повышает надежность работы двигателя, упрощает привод подвижного элемента. Расположение обеих камер сгорания внутри общего подвижного элемента ведет к дальнейшему упрощению конструкции двигателя и повышению надежности его работы. На фиг.1 схематически показан общий вид данного двигателя в его вертикальном сечении по оси цилиндра перпендикулярном оси подвижного элемента; на фиг.2 - общий вид сбоку корпуса головка цилиндра двигателя в его вертикальном сечении по оси подвижного элемента в его положении, когда горение топлива происходит в правой камере сгорания; на фиг.3 - общий вид сбоку корпуса головки цилиндра двигателя в его вертикальном сечении по оси подвижного элемента в его положении, когда горение топлива происходит в левой камере сгорания. Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором размещен поршень 2, связанный пальцем 3 и шатуном 4 с коленчатым валом 5 двигателя, фиг.1. В корпусе 6 головки цилиндра имеются впускной 7 и выпускной 8 каналы с впускным 9 и выпускным 10 тарельчатыми клапанами. Со стороны рабочей полости цилиндра 1 поверхность корпуса 6 головки цилиндра выполнена сужающейся кверху, например, конусной или пирамидальной, а клапанные гнезда клапанов 9 и 10 расположены на указанной поверхности, фиг.1. В корпусе 6 имеется гильза 11, в которую с плавающей посадкой вставлен подвижный элемент 12. Его стенки плотно подогнаны к гильзу 11. В корпусе 6 имеются полости 13 рубашки охлаждения, заполненные охлаждающей жидкостью, фиг.1, фиг.2, фиг.3. В гильзе 11 симметрично оси цилиндра 1 имеются два верхних боковых отверстия, в которые проходят закрепленные на корпусе 6 форсунки 14 и 15 для подачи и распыла топлива (при ремонте двигателя с воспламенением от сжатия) или свечи зажигания (при работе двигателя с воспламенением от электрозажигания). В гильзе 11 имеется также нижнее боковое отверстие 16, которое выполнено по оси цилиндра 1 у вершины сужающейся обращенной к рабочей полости цилиндра поверхности корпуса 6, фиг.1, фиг.2, фиг.3. В гильзе 11 по ширине отверстия 16 выполнена расточка 17, диаметр которой немного больше внутреннего диаметра гильзы 11, фиг.2, фиг.3. Первая и вторая камеры сгорания двигателя выполнены в виде полостей 18 и, соответственно, 19 в подвижном элементе 12, каждая из которых имеет по два расположенных диаметрально протиповоложно друг другу входных отверстия 20 и, соответственно 21. Внутренняя поверхность полостей 18 и 19 покрыта слоем 22 и, соответственно, 23 из термостойкого материала с низкой теплопроводностью. Проушиной 24 подвижный элемент 12 кинематически связан с валом 5 двигателя (на чертежах не показано). Торцы гильзы 11 закрыты крышками 25 и 26, которые трубочками 27 и 28 сообщены с выхлопным коллектором двигателя (коллектор на чертежах не показан). Днище поршня 2 также выполнено сужающимся кверху и повторяет собой обращенную к нему поверхность корпуса 6 и сопрягающуюся с ним цилиндрическую часть подвижного элемента 12 (фиг.1). Работает двигатель следующим образом. Пусть подвижный элемент 12 занимает положение, показанное на фиг.2. При этом, полость 18 первой камеры сгорания нижним входным отверстием 20 и отверстием 16 в гильзе 11 корпуса 6 сообщена с рабочей полостью цилиндра 1, а полость 19 второй камеры сгорания разобщена с рабочей полостью цилиндра 1. В полости 19 в это время происходит горение топлива в рабочей смеси или чистом воздухе, сжатыми там предыдущими ходами поршня 2. При этом, топливо подается форсункой 15 или воспламеняется свечей зажигания, устанавливаемой в соответствующем случае вместо нее. При дальнейшем вращении вала 5 движении поршня 2 от верхней к нижней мертвой точке в такте всасывания, чистый воздух или рабочая смесь через впускной канал 7 и открытый клапан 9 поступает в рабочую полость цилиндра 1. Клапан 10 в это время закрыт. После завершения такта всасывания клапан 9 закрывается, и поршень 2 при своем движении к верхней мертвой точке совершает такт сжатия, при котором сжимаемый чистый воздух или рабочая смесь через отверстие 16 и нижнее отверстие 20 проходит из рабочей полости цилиндра 1 в полость 18 первой камеры сгорания и заполняет ее. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки и завершении такта сжатия, когда практически весь сжатый чистый воздух или рабочая смесь пройдет в полость 18, подвижный элемент 12 механизмом его кинематической связи с валом 5 двигателя быстро смещается в положение, показанное на фиг.3. При этом, полость 18 первой камеры сгорания полностью разобщается с рабочей полостью цилиндра 1, а полость 19 второй камеры сгорания сообщается с ней через нижнее свое входное отверстие 21 и боковое отверстие 16 в гильзе 11, фиг.3. В этот момент в полости 18 первой камеры сгорания происходит сгорание топлива, путем его подачи через форсунку 14 или воспламенения в смеси соответствующей свечей зажигания. Одновременно, находящиеся в полости 19 под большим давлением сгоревшие газы воздействуют на поршень 2, совершая его рабочий ход. После достижения поршнем 2 нижней мертвой точки и завершения его рабочего хода, клапан 10 открывается, и отработанные газы через канал 8 выбрасываются наружу. Движением поршня 2 к верхней мертвой точке рабочая полость цилиндра 1 полностью освобождается от сгоревших газов. После этого клапан 10 закрывается, а клапан 9 открывается, и с последующим движением поршня 2 к нижней мертвой точке в такт всасывания чистый воздух или рабочая смесь снова через канал 7 поступает в рабочую полость цилиндра 1. При такте сжатия клапан 9 закрывается, и чистый воздух или рабочая смесь сжимается поршнем 2 теперь уже в полости 19 второй камеры сгорания. В конце такта сжатия, когда поршень 2 подойдет к верхней мертвой точке, подвижный элемент 12 с помощью механизма кинематической связи с валом 5, а через него и с поршнем 2 двигателя, быстро сместится вправо в положение, показанное на фиг.2. При этом полость 19 второй камеры сгорания разобщается с рабочей полостью цилиндра 1, и в ней осуществляется горение топлива после его подачи через форсунку 15 или воспламенения в смеси соответствующей свечей зажигания. Одновременно с этим полость 18 первой камеры сгорания соединяется с рабочей полостью цилиндра 1, и находящиеся в ней под большим давлением сгоревшие газы совершают рабочий ход двигателя, толкая поршень 2 вниз. После этого, аналогичным образом совершаются такты выхлопа, затем всасывания и т.д. Что касается сгоревших газов, которые прорвались через неплотности между подвижным элементом 12 и гильзой 11, то последние через трубочки 27 и 28 отводятся в выхлопной коллектор. Футеровка внутренней поверхности стенок полостей 18 и 19 слоями 22 и 23 из термостойкого материала с низкой теплопроводностью снижает непроизводительные тепловые потери, а также уменьшает тепловую нагрузку на гильзу 11 и подвижный элемент 12. При этом, большая часть уплотняющих поверхностей гильзы 11 и элемента 12 ограждена от прямого теплового воздействия сгоревших газов, что улучшает условия смазки этих поверхностей, повышает их долговечность и надежность работы. Наличие в каждой полости 18 и 19 камер сгорания двух одинаковых диаметрально противоположных отверстий 20 и 21 уравновешивает силы давления газов, действующие на подвижный элемент. Кольцевая выточка 17 позволяет уравновесить силы давления газов, действующие на подвижный элемент 12 в моменты переключения камер сгорания. Выполнение обеих камер сгорания в одном подвижном элементе упрощает конструкцию, а их расположение внутри него обеспечивает выполнение его боковой поверхности в виде гладкой цилиндрической поверхности, которая без перекосов и задиров свободно скользит в гильзе 11 по обе стороны от выточки 17, обеспечивая высокую степень уплотнения подвижного элемента. Указанное выполнение входных отверстий 20 и 21 и их расположение обеспечивает нормальную работу двигателя.