Двигун

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания с двумя отдельными камерами сгорания, полости которых выполнены с возможностью поочередного сообщенияразобщения с рабочей полостью общего для обеих этих камер цилиндра двигателя (А.с. СССР №45463, кл. F02B19/06 от 31.12.35). Поочередное сгорание топлива в указанных камерах происходит в условиях постоянного их объема V, т.е. в условиях V = const, а расширение сгоревших газов во время рабочего хода поршня осуществляется после полного выгорания топлива в соответствующей камере. Это ведет к повышению экономичности двигателя. Однако у него имеются и существенные недостатки. Сообщение-разобщение камер сгорания с рабочей полостью цилиндра осуществляется в нем с помощью плунжеров, перемещающи хся в эти х камерах от кулачкового вала. При этом, каждый плунжер попеременно открывает собой боковое отверстие, которым последнее сообщается с полостью цилиндра. В этом случае, при надежном перекрытии указанных отверстий этими плунжерами происходит вначале дополнительное сжатие ими чистого воздуха или рабочей смеси в камерах сгорания, а после выгорания топлива непроизводительное расширение газов в них. Это ведет к нарушению нормальной работы двигателя и снижает его КПД. Указанные недостатки отсутствуют в двигателе по а.с. СССР №39474, кл. F02B19/02 от 31.11.34. В нем также имеются две камеры сгорания, выполненные с возможностью поочередного сообщения-разобщения с рабочей полостью общего для этих камер цилиндра двигателя. Они выполнены в корпусе головки цилиндра в виде двух полостей, каждая из которых своим боковым отверстием сообщена с рабочей полостью цилиндра и снабжена подвижным элементом, установленным с возможностью открытия-закрытия собой указанного отверстия при своем перемещении за счет его кинематической связи с валом двигателя, а, следовательно, и с его поршнем. Причем узел подвижного элемента выполнен в виде гнезда поворотного крана с крановой пробкой в ней, связанной кинематической связью с поршнем двигателя. 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 ни х. Кроме того, имеющаяся при этом неразрывность уплотняющих поверхностей гнезд поворотных кранов и крановых пробок в них способствует долговечности и надежности их работы. Однако и у этого двигателя имеются существенные недостатки. Они заключаются в недостаточной надежности конструкции двигателя, по причине прямого бокового воздействия высоких температур и сил давления сгоревших газов на сравнительно большие уплотняющие боковые поверхности указанных подвижных элементов и их гнезд, 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 расположения камер сгорания, конструкции подвижного элемента и полости, в которой он расположен, обеспечивалось бы уравновешивание сил давления газов на подвижный элемент, уменьшалось прямое воздействие высоких температур сгоревших газов на их уплотняющие поверхности при одновременном обеспечении максимальной неразрывности этих поверхностей на всем протяжении возможного их контактирования при смещениях подвижного элемента и, следовательно, вследствие этого 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 эти х камер цилиндра двигателя, корпус головки цилиндра с полостью в теле корпуса, которая своим боковым отверстием сообщена с рабочей полостью цилиндра, и подвижный элемент, установленный в полости корпуса с возможностью открытия-закрытия собой указанного бокового отверстия при своем перемещении в ней за счет его кинематической связи с поршнем двигателя, согласно изобретению, каждая камера сгорания выполнена в виде отдельной полости в подвижном элементе с двумя диаметрально противоположными входными отверстиями каждая, причем расстояние между смежными отверстиями первой и второй камеры сгорания выбрано с возможностью их поочередно сообщенияразобщения с боковым отверстием в полости корпуса при указанных перемещениях подвижного элемента, а напротив бокового отверстия в полости корпуса на внутренней стенке последней выполнено углубление. Согласно изобретению, периметр указанного углубления идентичен по своей геометрической форме и размерами периметру бокового отверстия в полости корпуса. Благодаря такому выполнению камер сгорания и подвижного элемента становится возможным проведение футеровки внутренней поверхности этих камер термостойким материалом с низкой теплопроводностью, что снижает непроизводительные тепловые потери в двигателе и исключает перегрев подвижного элемента. Кроме того, прямое тепловое воздействие сгоревших газов на боковую уплотняющую поверхность полости, в которой расположен подвижный элемент, происходит здесь только по ее участкам, располагающимся напротив отверстия в подвижном элементе. Это существенно уменьшает указанное воздействие как на боковую поверхность этой полости, так и подвижного элемента. При этом обеспечивается полное уравновешивание сил давления газов, действующи х на подвижной элемент, что полностью разгружает его от этих сил. Одновременно, благодаря наличию указанного углубления на стенке полости, в которой расположен подвижный элемент, при указанных формах и геометрических размерах этого углубления, обеспечивается уравновешивание сил давления газов, действующи х на этот элемент в моменты переключения камер сгорания. Причем, в этом случае это достигается при обеспечении максимальной неразрывности боковых уплотняющих поверхностей как полости, в которой расположен подвижный элемент, так и самого подвижного элемента. Гладкость и непрерывность этих поверхностей на всем протяжении их контактирования при смещениях подвижного элемента во время работы двигателя исключает появления на них задиров, исключает заклинивание подвижного элемента и т.д., что в общем случае упрощает конструкцию двигателя и резко повышает надежность его работы. На фиг.1 схематически показан общий вид двигателя в его вертикальном разрезе по оси цилиндра, перпендикулярной оси подвижного элемента; на фиг.2 - общий вид сбоку корпуса головки цилиндра двигателя в его вертикальном сечении по продольной оси подвижного элемента в положении, когда с рабочей полостью цилиндра сообщена левая камера сгорания; на фиг.3 общий вид сбоку корпуса головки цилиндра двигателя в его вертикальном сечении по продольной оси подвижного элемента в положении, когда с рабочей полостью цилиндра сообщена правая камера 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 б головки цилиндра двигателя имеется впускной 7 и выпускной 8 каналы с впускным 8 и выпускным 10 тарельчатыми клапанами. Со стороны рабочей полости цилиндра 1 поверхность корпуса 6 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 имеется цилиндрическая полость 11, в которой с плавающей посадкой установлен подвижной элемент 12. Его стенки плотно подогнаны к цилиндрической поверхности полости 11. Вокруг полости 11 проделаны пустоты 13 для охлаждения подвижного элемента 12 и корпуса б, заполненные охлаждающей жидкостью, фиг.1, фиг.2, фиг.3. В полости 11 имеются два верхних и одно нижнее боковые отверстия. Верхние отверстия расположены симметрично точки пересечения осей цилиндрической полости 11 и цилиндра 1. В них проходят закрепленные на корпусе 6 форсунки 14 и 15 для подачи и распыла топлива (для дизельных двигателей) или свечи зажигания (для карбюраторных двигателей). Нижнее боковое отверстие 16 в цилиндрической полости 11 расположено по оси цилиндра 1 у вершины обращенной к рабочей полости цилиндра сужающейся поверхности корпуса 6. Диаметрально противоположно отверстию 16 на внутренней цилиндрической стенке полости 11 выполнено углубление 17, окружной периметр которого является зеркальным отображением окружного периметра отверстия 16 (фиг.2, 3). Подвижный элемент 12 выполнен с двумя отдельными полостями 18 и 19 в его теле, каждая из которых имеет по два расположенных диаметрально противоположно друг др угу входных отверстия 20 и 21. Внутренняя поверхность полостей 18 и 19, которые служат камерами сгорания двигателя, покрыта слоем 22 и 23 из термостойкого мате-. риала с низкой теплопроводностью. Подвижный элемент 12 проушиной 24 на конце его штока кинематически связан с коленчатым валом 5 двигателя, например, с помощью кулачкового или кривошипно-шатунного механизма (механизм на чертеже не показан). Торцы полости 11 в корпусе 6 закрыты крышками 25 и 26. которые трубочками 27 и 28 сообщены с выхлопным коллектором двигателя (коллектор не показан). Работает двигатель следующим образом. Пусть подвижный элемент 12 располагается в положении, показанном на фиг.2. При этом, полость 18 первой камеры сгорания через свое нижнее входное отверстие 20 и отверстие 16 в полости 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 находится сжатый предыдущими ходами поршня 2 чистый воздух или рабочая смесь и происходит горение топлива после его подачи форсункой 15 или воспламенения свечей зажигания, установленной в соответствующем случае вместо форсунки 15. При дальнейшем вращении вала 5 и движении поршня 2 от верхней к нижней мертвой точке при осуществлении такта 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 достижения поршнем 2 нижней мертвой точки и завершения такта всасывания клапан 9 закрывается, а поршень 2 при своем движении к верхней мертвой точке совершает такт сжатия. При этом сжимаемый чистый воздух или рабочая смесь из рабочей полости цилиндра 1 через отверстие 16 в полости 11 корпуса 6 и нижнее входное отверстие 20 в подвижном элементе 12 проходят в полость 18 первой камеры сгорания и заполняют ее. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки и завершения такта сжатия чистый воздух или рабочая смесь практически полностью пройдет в полость 18 первой камеры сгорания. В этот момент подвижный элемент 12 (с помощью механизма его кинематической связи с валом 5 двигателя) быстро смещается влево в положение, показанное на фиг.3. При этом полость 18 первой камеры сгорания полностью разобщается с рабочей полостью цилиндра 1 и в ней происходит горения топлива, путем его подачи через форсунку 14 или воспламенения свечей зажигания, установленной в соответствующем случае вместо форсунки 14. Одновременно с этим полость 19 второй камеры сгорания своим нижним входным отверстием 21 и отверстием 16 в полости 11 корпуса 6 сообщается с рабочей полостью цилиндра 1. Находящиеся в ней под высоким давлением сгоревшие газы воздействуют на поршень 2, толкают его к нижней мертвой точке, совершая его рабочий ход. После достижения поршнем 2 нижней мертвой точки и окончание его рабочего хода клапан 10 открывается (фиг.1), и отработанные газы через выпускной канал 8 выбрасываются наружу. Движением поршня 2 к верхней мертвой точке рабочая полость цилиндра 1 полностью освобождается от сгоревших газов. После достижения поршнем 2 верхней мертвой точки и окончания такта выхлопа клапан 10 закрывается, а клапан 9 открывается. При последующем движении поршня 2 к нижней мертвой точке совершается такт всасывания, при котором чистый воздух или рабочая смесь через впускной канал 7 поступает в рабочую полость цилиндра 1. После окончания такта всасывания клапан 9 закрывается и поршень 2 при своем движении к верхней мертвой точке сжимает чистый воздух или рабочую смесь в полости 19 второй камеры сгорания. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки и завершении такта сжатия подвижный элемент 12 (с помощью механизма его кинематической связи с валом 5 двигателя) снова быстро смещается вправо в положение, показанном на фиг.2. При этом полость 19 второй камеры сгорания полностью разобщается с рабочей полостью цилиндра 1 и в ней происходит горение топлива после его подачи через форсунку 15 или воспламенения свечей зажигания, установленной в соответствующем случае на месте форсунки 15. Одновременно с этим полость 18 первой камеры сгорания своим нижним входным отверстием 20 и отверстием 16 в гильзе 11 корпуса 6 сообщается с рабочей полостью цилиндра 1. Находящиеся в ней под высоким давлением сгоревшие газы воздействуют на поршень 2, толкают его к нижней мертвой точке, совершая его рабочий ход. После окончания рабочего хода клапан 10 открывается (фиг.1), и отработанные газы через выпускной канал 8 выбрасываются наружу. Движением поршня 2 к верхней мертвой точке рабочая полость цилиндра 1 полностью освобождается от сгоревших газов, после чего клапан 10 закрывается, а клапан 9 открывается и с движением поршня 2 к нижней мертвой точке совершается последующий такт всасывания и т.д. Прорвавшиеся через сочленения подвижного элемента 12 с цилиндрической поверхностью полости 11 сгоревшие газы по трубочкам 27 и 28 выходят в вы хлопной коллектор двигателя. В периоды, когда одна из камер 18 или 19 сгорания разобщается, а вторая сообщается с рабочей полостью цилиндра 1, отверстия 20 или 21 будут частично или полностью смещены относительно отверстия 16 и углубления 17 в полости 11 корпуса 6. Благодаря тому, что верхние отверстия 20 и 21 являются зеркальным отображением нижних отверстий 20 и 21, а периметр углубления 17 является зеркальным отображением периметра отверстия 16, заходящие в просвет отверстия 16 и углубления 17 части поверхности подвижного элемента 12 также будут симметричны друг другу. Поскольку давление сгоревших газов будет в этом случае одновременно воздействовать как на внутреннюю так и наружную поверхность эти х частей подвижного элемента, боковые силы давления газов на этих частях уравновесят друг друга. Поэтому в моменты переключения полостей 18 и 19 с рабочей полостью цилиндра 1 на подвижном элементе 12 не будут возникать боковые силы давления газов, препятствующие нормальной работе двигателя. Это же касается и осевых сил давления газов на подвижный элемент 12, поскольку они так же в этом случае уравновешивают др уг друга. Выполнение углубления 17, а также размещение обеих камер сгорания 18 и 19 двигателя в одном подвижном элементе приводит с одной стороны к дальнейшему упрощению двигателя, а другой - обеспечивает сохранение непрерывной и гладкой боковой поверхности контакта стенок цилиндрического участка полости 11 с подвижным элементом 12 на всей длине указанного участка. Последнее исключает появление задиров на поверхности их взаимного контакта, что повышает надежность работы двигателя. Футеровка стенок камер сгорания 18 и 19 слоями 22 и 23 сводит до минимума потери тепла в этих камерах, а также предотвращает перегрев подвижного элемента 12 и корпуса 6.