Двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным двухцилиндровым поршнем и механизмом досжатия /дизель/. механизм досжатия /варианты/. пирамидальный двухцилиндровый поршень /варианты/.

 

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит две цилиндро-поршневые группы, каждая из которых снабжена эксцентриком неправильной формы, который обеспечивает нормальную работу механизма досжатия воздушно-топливной смеси, соответствующую циклу работы рабочего поршня, и механизм досжатия гарантирует своевременное воспламенение воздушно-топливной смеси, а совместно с пирамидальным поршнем, состоящим из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня уменьшенного диаметра, находящихся в соответствующих цилиндрах, эффективное использование горячих газов высокого давления в уменьшенном объеме рабочего цилиндра, рабочий объем этого цилиндра позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания. В результате эффективного использования горячих газов высокого давления и достигается экономия топлива. 5 с. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, шатуны, топливный насос, две цилиндро-поршневые группы, каждая из которых включает клапаны впуска и выпуска, форсунку и механизм досжатия воздушно-топливной смеси (патент Германии - N 2848756, F 02 D 15/04, опуб. 1980). Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком изобретения является неэффективность использования горячих газов высокого давления.

Задачей изобретения является более эффективное использование горячих газов высокого давления.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем картер, коленчатый вал, шатуны, топливный насос, две цилиндро-поршневые группы, каждая из которых включает клапаны впуска и выпуска, форсунку и механизм досжатия воздушно-топливной смеси, причем каждая цилиндро-поршневая группа содержит пирамидальный двухцилиндровый поршень, состоящий из поршня стабилизатора хода-противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра, который находится в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать в камере сгорания меньше половины необходимой (расчетной) величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, подвод системы смазки, расположенный в нижней части рабочего цилиндра, ниже нижней мертвой точки поршневых колец рабочего поршня меньшего диаметра, общий отвод для газов и отработанного масла в верхней части цилиндра поршня стабилизатора хода-противопожарного разграничителя, при этом двигатель снабжен накопителем загазованной смеси для газов, частично проникающих из камер сгорания через поршневые кольца рабочих поршней меньшего диаметра, и уловителем масла с масляным фильтром, через который отработанное масло попадает в картер.

Для досжатия воздушно-топливной смеси до воспламенения в камере сгорания двигатель снабжен механизмом досжатия воздушно-топливной смеси с поршнем досжатия большого диаметра, что позволяет достичь резкого перепада давления воздушно-топливной смеси в камере сгорания и гарантирует отсутствие детонации.

Из того же источника известен механизм досжатия воздушно-топливной смеси, содержащий поршень досжатия воздушно-топливной смеси с двумя парами поршневых колец, цилиндр.

Однако известный механизм досжатия невозможно использовать в заявленном двигателе. Также задачей изобретения является создание механизма досжатия воздушно-топливной смеси, который можно было бы использовать в предлагаемом двигателе.

Поставленная задача достигается тем, что в механизме досжатия воздушно-топливной смеси двигателя внутреннего сгорания, содержащем поршень досжатия воздушно-топливной смеси с двумя парами поршневых колец, цилиндр, поршень досжатия воздушно-топливной смеси содержит кольцевой канал для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия воздушно-топливной смеси, находящийся между нижней парой и верхней парой поршневых колец, механизм досжатия воздушно-топливной смеси содержит подвод масла в объем кольцевого канала, отвод масла из объема кольцевого канала, поршневые кольца нижней пары и верхней пары не перекрывают подвод масла в объем кольцевого канала и отвод масла из объема кольцевого канала при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси, воздушный радиатор на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, подвод сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора, отвод нагретого воздуха, эксцентрик неправильной формы на валу вращения, пружину возврата, которая поддерживает контакт эксцентрика неправильной формы с колпачком на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, с одной стороны упираясь в корпус головки цилиндра, а с другой - в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки, которая упирается в выступы на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, уплотнительной шайбы, поршня-разграничителя, стальной шайбы, в которую упирается колпачок на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси с двумя сквозными квадратными отверстиями, совпадающими с квадратным отверстием в тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, Т-образный стопорный палец квадратного сечения, шпильку, механизм досжатия воздушно-топливной смеси также содержит обсадную втулку с поршневыми кольцами, по которым скользит поршень-разграничитель при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси. В двигателе внутреннего сгорания можно применить другой вариант механизма досжатия воздушно-топливной смеси.

Согласно этому варианту выполнения механизм досжатия воздушно-топливной смеси двигателя внутреннего сгорания содержит поршень досжатия воздушно-топливной смеси с двумя парами поршневых колец, цилиндр, причем поршень досжатия воздушно-топливной смеси снабжен третьей парой поршневых колец, содержит кольцевой канал для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия воздушно-топливной смеси, находящейся между средней парой и верхней парой поршневых колец, механизм досжатия содержит подвод масла в объем кольцевого канала, отвод масла из объема кольцевого канала, поршневые кольца средней пары и верхней пары не перекрывают подвод масла в объем кольцевого канала и отвод масла из объема кольцевого канала при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси, отводы горячих газов, частично проникающих из камеры сгорания через нижнюю пару поршневых колец, совпадающие с пространством между нижней парой и средней парой поршневых колец, когда на поршень досжатия воздушно-топливной смеси воздействуют горячие газы высокого давления, воздушный радиатор на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, подвод сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора, отвод нагретого воздуха, эксцентрик неправильной формы на валу вращения, пружину возврата, которая поддерживает контакт эксцентрика неправильной формы с колпачком на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, с одной стороны упираясь в корпус головки цилиндра, а с другой - в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки, которая упирается в выступы на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, уплотнительной шайбы, поршня-разграничителя, стальной шайбы, в которую упирается колпачок на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси с двумя сквозными квадратными отверстиями, совпадающими с квадратным отверстием в тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, Т-образный стопорный палец квадратного сечения, шпильку, механизм досжатия воздушно-топливной смеси также содержит обсадную втулку с поршневыми кольцами, по которым скользит поршень-разграничитель при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси.

Кроме того, для обоих вариантов выполнения механизма досжатия воздушно-топливной смеси вал вращения эксцентрика неправильной формы снабжен редуктором с соотношением передаточного числа два к одному к коленчатому валу, то есть, когда коленчатый вал совершает два оборота, вал вращения эксцентрика неправильной формы совершает один оборот.

Из патента США N 3450110 кл. F 02 B 33/10, опубл. 1963, известен пирамидальный двухцилиндровый поршень, состоящий из поршня стабилизатора хода-противопожарного разгруничителя и рабочего поршня меньшего диаметра. В известной конструкции поршень стабилизатор хода - противопожарный разграничитель и рабочий поршень меньшего диаметра находятся в соответствующих цилиндрах, причем объем цилиндра рабочего поршня постоянно сообщается с камерой сгорания.

Однако известный поршень не предназначен для использования в заявленном двигателе.

Также задачей изобретения является создание поршня, предназначенного для использования в заявленном двигателе.

Поставленная задача достигается тем, что пирамидальный двухцилиндровый поршень двигателя внутреннего сгорания, состоящий из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра с выемкой в днище, пирамидальный поршень выполнен из стали с запрессованной во внутренний трубчатый объем рабочего поршня антивибрационной вставкой с образованием опорного бурта в кольцевом пазу, во внутренней стенке рабочего поршня, вокруг выступа, находящегося по центру на тыльной стороне днища рабочего поршня.

Согласно другому варианту выполнения пирамидальный двухцилиндровый поршень двигателя внутреннего сгорания состоит из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра, находящихся в соответствующих цилиндрах, объем цилиндра рабочего поршня постоянно сообщается с камерой сгорания, причем рабочий поршень меньшего диаметра находится в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан двигатель внутреннего сгорания с двумя цилиндро-поршневыми группами, двухцилиндровые пирамидальные поршни которого находятся в нижней мертвой точке (НМТ), один из поршней досжатия в верхней мертвой точке (ВМТ), а другой - в НМТ; на фиг. 2 - эксцентрик неправильной формы; на фиг. 3 - один из вариантов механизма досжатия воздушно-топливной смеси (поршень досжатия находится в ВМТ); на фиг. 4 - другой вариант механизма досжатия воздушно-топливной смеси (поршень досжатия находится в НМТ); на фиг. 5 - пирамидальный двухцилиндровый поршень.

Двигатель внутреннего сгорания с механизмом досжатия и пирамидальным двухцилиндровым поршнем (дизель) состоит из двух цилиндро-поршневых групп и содержит картер 1, коленчатый вал 2 с креплениями 3, колено 4, шатун 5, шатунно-поршневой палец 6, пирамидальный двухцилиндровый поршень 7, состоящий из поршня 8 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя с поршневыми кольцами 9 и рабочего поршня 10 меньшего диаметра с поршневыми кольцами 11, цилиндр 12 поршня 8 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, цилиндр 13 рабочего поршня 10 меньшего диаметра, подвод 14 системы смазки поршневых колец 11, впускной клапан 15 воздуха, форсунку 16, выпускной клапан 17 из камеры сгорания 18, поршень досжатия 19 воздушно-топливной смеси, нижнюю пару поршневых колец 20, верхнюю пару поршневых колец 21, кольцевой канал 22 для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия 19 воздушно-топливной смеси, подвод 23 системы смазки, отвод 24 системы смазки, цилиндр 25 поршня досжатия 19, воздушный радиатор 26, подвод 27 сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора 26, отвод 28 горячего воздуха, поршень 29 разграничитель, эксцентрик 30 неправильной формы, колено 31, шатун 32, шатунно-поршневой палец 33, пирамидальный двухцилиндровый поршень 34, состоящий из поршня 35 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя с поршневыми кольцами 38, цилиндр 39 поршня 35 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, цилиндр 40 рабочего поршня 37 меньшего диаметра, подвод 41 системы смазки, впускной клапан 42 воздуха, форсунку 43, выпускной клапан 44 из камеры сгорания 45, поршень досжатия 46 воздушно-топливной смеси, нижнюю пару поршневых колец 47, верхнюю пару поршневых колец 48, кольцевой канал 49 для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия 46, подвод 50 системы смазки, отвод 51 системы смазки, цилиндр 52 поршня досжатия 46, воздушный радиатор 53, подвод 54 сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора 53, отвод 55 горячего воздуха, поршень 56 разгранитель, эксцентрик 57 неправильной формы, вал 58 вращения эксцентриков неправильной формы, уловитель 59 масла с масляным фильтром 60, накопитель 61 загазованной смеси, который имеет выход излишней загазованной смеси, топливный насос 62, пружину 63 возврата, пружину 64 возврата.

Эксцентрики 30 и 57 неправильной формы идентичны. На фиг. 1 пирамидальные двухцилиндровые поршни 7 и 34 находятся в НМТ, поршень досжатия 19 находится в ВМТ, так как эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на его тыльную часть точкой B (фиг. 2), объем камеры сгорания 18 и рабочего цилиндра 13 максимальный и заполнен воздухом, выпускной клапан 17 закрыт, впускной клапан 15 воздуха закрыт, через подвод 23 системы смазки постоянно подается масло в объем кольцевого канала 22, образованного стенкой цилиндра 25 и кольцевым каналом 22 вокруг поршня досжатия 19, покрытым теплоизоляционным слоем, предохраняющим масло от закипания, ограниченного верхней парой поршневых колец 21 и нижней парой поршневых колец 20, которые доходят до подвода 23 масла и отвода 24 масла с разных сторон во время возвратно-поступательного движения поршня досжатия 19, но не перекрывают их. Масло предназначено для смазки этих поршневых колец и выводится через отвод 24 системы смазки. На ножке поршня досжатия 19 находится воздушный радиатор 26, который обдувается (охлаждается) сжатым воздухом через подвод 27 сжатого воздуха, горячий воздух выводится через отвод 28, пружина 63 возврата предназначена для поддержания контакта эксцентрика 30 неправильной формы с тыльной частью поршня досжатия 19.

Поршень досжатия 46 находится в НМТ, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть точкой H (фиг. 2), впускной клапан 42 закрыт, выпускной клапан 44 открыт, механизм досжатия воздушно-топливной смеси идентичен предыдущему. Масло через подводы 14 и 41 системы смазки постоянно подается в объемы рабочих цилиндров 13 и 40 для смазки поршневых колец 11 и 38 и при возвратно-поступательном движении пирамидальных двухцилиндровых поршней 7 и 34 распространяется по всей поверхности рабочих цилиндров 13 и 40, а при попадании в объемы цилиндров 12 и 39 выталкиваются в систему отвода отработанного масла, как и газы, частично проникающие через поршневые кольца 11 и 38 из камер сгорания 18 и 45. Отработанное масло попадает в уловитель 59 масла с масляным фильтром 60, через который попадает в картер 1, а газы попадают в накопитель 61 загазованной смеси, чтобы периодически частично возвращаться в камеры цилиндров 12 и 39, но уже в охлажденном виде, для создания в камерах бескислородной противопожарной среды. Каналы отвода газомасляной смеси имеют систему охлаждения.

Пирамидальные двухцилиндровые поршни 7 и 34 начинают двигаться из НМТ к ВМТ, поршень досжатия 19 начинает двигаться навстречу, сжимая воздух в камере сгорания 18, так как экцентрик 30 неправильной формы воздействует на его тыльную часть, во время этого такта, поверхностью B-K (фиг. 2), топливо через форсунку 16 поступает в камеру сгорания 18. Поршень досжатия 46 во время этого такта находится в НМТ и не двигается, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть поверхностью H-A (фиг. 2), поршень 37 выталкивает воздух из камеры сгорания 45 через выпускной клапан 44. Когда пирамидальные двухцилиндровые поршни 7 и 34 будут в ВМТ, объемы камер сгорания 18 и 45 будут минимальными, выпускной клапан 44 закроется, эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня досжатия 19 точкой K (фиг. 2), эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня досжатия 46 точкой A (фиг. 2). При нахождении пирамидальных двухцилиндровых поршней 7 и 34 в ВМТ в камере сгорания 18 происходит воспламенение от сжатия и сгорание воздушно-топливной смеси, пирамидальный двухцилиндровый поршень 7 двигается к НМТ, поршень досжатия 19 во время этого такта не двигается, так как эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на его тыльную часть поверхностью K-H (фиг. 2), одновременно открывается впускной клапан 42 воздуха, пирамидальный двухцилиндровый поршень 34 двигается к НМТ, поршень досжатия 46 двигается из НМТ к ВМТ, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть поверхностью A-B (фиг. 2) и воздух заполняет объем камеры сгорания 45 и рабочего цилиндра 40. При подходе пирамидального двухцилиндрового поршня 7 к НМТ открывается выпускной клапан 17 и горячие газы начинают выходить из камеры сгорания 18, когда пирамидальный двухцилиндровый поршень 7 будет в НМТ, эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня досжатия 19 точкой H (фиг. 2) и он находится в НМТ, в этом время пирамидальный двухцилиндровый поршень 34 также будет в НМТ, поршень досжатия 46 находится в ВМТ, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть точкой B (фиг. 2), объем камеры сгорания 45 и рабочего цилиндра 40 максимальный и заполнен воздухом, впускной клапан 42 закрывается. При движении пирамидального двухцилиндрового поршня 7 из НМТ к ВМТ газы выталкиваются через выпускной клапан 17, поршень досжатия 19 не двигается и находится в НМТ, так как эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на его тыльную часть поверхностью H-A (фиг. 2). При движении пирамидального двухцилиндрового поршня 34 из НМТ к ВМТ воздух сжимается в камере сгорания 45 с помощью поршня досжатия 19, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть поверхностью B-K (фиг. 2), топливо подается в камеру сгорания 45 через форсунку 43. Когда пирамидальные двухцилиндровые поршни 7 и 34 находятся в ВМТ, объемы камер сгорания 18 и 45 будут минимальными, выпускной клапан 17 закрывается. Эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня досжатия 19 точкой A (фиг. 2), эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 46 точкой K (фиг. 2). При нахождении пирамидальных двухцилиндровых поршней 7 и 34 в ВМТ открывается впускной клапан 15 воздуха, одновременно в камере сгорания 45 происходит воспламенение от сжатия и сгорания воздушно-топливной смеси. На пирамидальный двухцилиндровый поршень 34 воздействуют горячие газы высокого давления, поршень досжатия 46 находится в НМТ, так как на его тыльную часть воздействует эксцентрик 57 неправильной формы поверхностью K-H (фиг. 2). Пирамидальный двухцилиндровый поршень 7 также двигается из ВМТ к НМТ, а поршень досжатия 19 из НМТ к ВМТ, так как на его тыльную часть воздействует эксцентрик 30 неправильной формы поверхностью A-B (фиг. 2) и воздух заполняет объем камеры сгорания 18 и рабочего цилиндра 13. Когда пирамидальный двухцилиндровый поршень 34 будет подходить к НМТ, открывается выпускной клапан 44 и горячие газы начинают выходить из камеры сгорания 45, когда он будет в НМТ, поршень досжатия 46 также будет в НМТ, так как эксцентрик 57 неправильной формы воздействует на его тыльную часть точкой H (фиг. 2), в это время пирамидальный двухцилиндровый поршень 7 также находится в НМТ, поршень досжатия 19 находится в ВМТ, так как эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на его тыльную часть точкой B (фиг. 2), объем камеры сгорания 18 и рабочего цилиндра 13 заполнен воздухом, впускной клапан 15 закрывается.

Работа двигателя продолжается, в двигателе эффективно используются горячие газы высокого давления, что приводит к экономии топлива.

Подводы 14 и 41 системы смазки поршневых колец 11 и 38 рабочих поршней 10 и 37 расположены в нижней части цилиндров 13 и 40 ниже нижних мертвых точек поршневых колец 11 и 38, а отводы газов, частично проникающих из камер сгорания 18 и 45 через поршневые кольца 11 и 38, а также отработанного масла находятся в верхней части цилиндров 12 и 39 соответственно поршней 8 и 35 стабилизаторов хода - противопожарных разграничителей.

Механизм досжатия воздушно-топливной смеси (фиг. 3) содержит поршень досжатия 19 воздушно-топливной смеси, нижнюю пару поршневых колец 20, верхнюю пару поршневых колец 21, подвод 23 масла в объем кольцевого канала 22 для масла, отвод 24 из объема кольцевого канала 22 для масла, цилиндр 25 поршня досжатия 19, воздушный радиатор 26 на ножке поршня досжатия 19, который расположен вокруг ножки поршня досжатия, подвод 27 сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора 26, отвод 28 нагретого воздуха, поршень 29 разграничитель, эксцентрик 30 неправильной формы, пружину 63 возврата, колпачок 65 на тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19, Т-образный стопорный палец 67 квадратного сечения, стопорную шпильку 68, шайбу 69, уплотнительную шайбу 70 из графлекса, шайбу-втулку 71, обсадную втулку 72 с поршневыми кольцами 73, по которым скользит поршень 29 разграничитель своей внутренней поверхностью, теплоизоляционное покрытие 74 кольцевого канала для масла вокруг поршня досжатия 19, объем 75 кольцевого канала для масла, головку 76 цилиндров, объем 77 головки 76 цилиндра, заполненный маслом, вал 58 вращения эксцентрика 30 неправильной формы, редуктор вала 58 (на чертеже не показан).

При работе двигателя внутреннего сгорания поршень досжатия 19 совершает возвратно-поступательные движения в зависимости от того, какой поверхностью эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на колпачок 65, одетый на тыльную часть 66 ножки поршня досжатия 19. В процессе сжатия воздушно-топливной смеси поршень досжатия 19 двигается из ВМТ к НМТ навстречу рабочему поршню уменьшенного диаметра, который находится в соответствующем цилиндре. Камера сгорания находится между днищами этих поршней. Происходит уменьшение объема камеры сгорания, сжатие воздушно-топливной смеси и, когда рабочий поршень проходит ВМТ, поршень досжатия 19 проходит НМТ, происходит досжатие и воспламенение воздушно-топливной смеси, рабочий поршень уменьшенного диаметра под воздействием горячих газов двигается из ВМТ к НМТ, а поршень досжатия 19 удерживается эксцентриком 30 неправильной формы на одном уровне, чтобы не увеличить объем камеры сгорания. Двигатель работает в четырехтактном режиме и вал 58 вращения эксцентрика 30 неправильной формы снабжен редуктором с соотношением передаточного числа два к одному к коленчатому валу, то есть, когда коленчатый вал совершает два оборота, эксцентрик 30 неправильной формы (фиг. 2), воздействующий на колпачок 65 тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19, совершает один оборот. Поэтому поршень досжатия 19 не двигается и тогда, когда рабочий поршень уменьшенного диаметра идет к ВМТ и выталкивает отработанные газы из камеры сгорания. После того, как рабочий поршень пройдет ВМТ и двигается к НМТ, поршень досжатия 19 двигается из НМТ к ВМТ совместно с рабочим поршнем, увеличивая объем, заполняемый воздухом, в следующем такте происходит подача топлива и сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания до воспламенения от сжатия рабочим поршнем совместно с поршнем досжатия 19.

В механизме досжатия находится поршень досжатия 19 с нижней парой поршневых колец 20 и верхней парой поршневых колец 21, между которыми находится кольцевой канал 22 для масла с теплоизоляционным покрытием 74, предохраняющим масло от закипания, которое постоянно поступает в объем 75 кольцевого канала 22. Объем 75 для масла образован стенкой цилиндра 25, кольцевым каналом 22 вокруг поршня досжатия 19 с теплоизоляционным покрытием 74, ограниченным нижней парой поршневых колец 20 и верхней парой поршневых колец 21. Масло по кольцевому каналу 22 с двух сторон обтекает поршень досжатия 19, смазывает стенки цилиндра 25 и выходит через отвод 24.

При возвратно-поступательном движении поршня досжатия 19 нижняя пара поршневых колец 20 и верхняя пара поршневых колец 21 доходит до подвода 23 масла и отвода 24 масла с двух сторон, поочередно, но не перекрывают их. Расстояние между нижней парой поршневых колец 20 и верхней парой поршневых колец 21, а также длина хода поршня досжатия 19 таковы, что при возвратно-поступательном движении поршня досжатия 19 все поршневые кольца соприкасаются со стенкой цилиндра 25, которая смазывается маслом. В отвод 24 также выходят газы, частично проникающие из камеры сгорания через нижнюю пару поршневых колец 20 с последующим разделением от масла. Отработанное масло попадет в уловитель масла и через масляный фильтр попадет в картер, а горячие газы отделятся и выйдут через отвод для горячих газов (на чертеже не показано).

Для охлаждения ножки поршня досжатия 19, которая снабжена воздушным радиатором 26 вокруг ножки, через подвод 27 подается сжатый воздух, который, нагреваясь, выходит через отвод 24. Пружина 63 возврата поддерживает контакт эксцентрика 30 неправильной формы с колпачком 65 на тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19, с одной стороны упираясь в корпус головки 76 цилиндра, а с другой стороны, упираясь в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки 71, которая ограничивает пространство для пружины возврата 63 и упирается в свою очередь в выступы на ножке поршня досжатия 19, уплотнительной шайбы 70 из графлекса, поршня 29 разграничителя, стальной шайбы 69, в которую упирается колпачок 65, одетый на тыльную часть 66 ножки поршня досжатия 19. Колпачок 65 имеет сквозные квадратные отверстия, которые совпадают с квадратным отверстием в тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19 и в которые пройдет Т-образный стопорный палец 67 квадратного сечения, который в свою очередь стопорится шпилькой 68. Выступы на ножке поршня досжатия 19 образуются за счет разницы в диаметрах ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси.

Поршень 29 разграничитель разграничивает внутренний объем механизма досжатия и объем 77 с масляной средой головки 76 цилиндра, масляная среда служит смазкой эксцентрику 30 неправильной формы, валу 58 вращения (распределительному валу), колпачку 65, поршневым кольцам 73, которые находятся в неподвижной обсадной втулке 72 и по которым скользит поршень 29 разграничитель. Поршневые кольца 73 соприкасаются с внутренним диаметром поверхности поршня 29 разграничителя. Обсадная втулка 72 запрессована на втулку, являющуюся частью головки 76 цилиндра, внутри которой проходит ножка поршня досжатия 19 с расположенной вокруг нее пружиной 63 возврата.

Механизм досжатия воздушно-топливной смеси (фиг. 4) содержит поршень досжатия 19, верхнюю пару поршневых колец 21, кольцевой канал 22 для масла, подвод 23 масла в объем 75 кольцевого канала для масла, отвод 24 из объема 75 кольцевого канала для масла, цилиндр 25 поршня досжатия 19, воздушный радиатор 26 на ножке поршня досжатия 19, который расположен вокруг ножки поршня досжатия 19, подвод 27 сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора 26, отвод 28 нагретого воздуха, поршень 29 разграничитель, эксцентрик 30 неправильной формы, вал 58 вращения эксцентрика 30 неправильной формы, пружину 63 возврата, колпачок 65 на тыльную часть 66 ножки поршня досжатия 19, Т-образный стопорный палец 67 квадратного сечения, стопорную шпильку 68, шайбу 69 из стали, уплотнительную шайбу 70 из графлекса, шайбу-втулку 71, обсадную втулку 72 с поршневыми кольцами 73, по которым скользит поршень 29 разграничитель своей внутренней поверхностью, теплоизоляционное покрытие 74 кольцевого канала 22 для масла вокруг поршня досжатия 19, объем 75 кольцевого канала для масла, головку 76 цилиндра, объем 77 головки 76 цилиндра, заполненный маслом, нижнюю пару поршневых колец 78, среднюю пару поршневых колец 79, отводы 80 горячих газов, частично проникающих из камеры сгорания через нижнюю пару поршневых колец 78, редуктор (на чертеже не показан).

При работе двигателя внутреннего сгорания поршень досжатия 19 совершает возвратно-поступательные движения в зависимости от того, какой поверхностью эксцентрик 30 неправильной формы воздействует на колпачок 65, одетый на тыльную часть 66 ножки поршня досжатия 19. В процессе сжатия воздушно-топливной смеси поршень досжатия 19, двигаясь навстречу рабочему поршню уменьшенного диаметра, который находится в соответствующем цилиндре, из ВМТ переместится к НМТ (фиг. 4). Камера сгорания находится между днищами этих поршней и ее объем в этот момент минимальный. Происходит досжатие и воспламенение воздушно-топливной смеси. Рабочий поршень уменьшенного диаметра под действием газов двигается из ВМТ к НМТ, а поршень досжатия 19 удерживается эксцентриком 30 неправильной формы на одном уровне, чтобы не увеличить объем камеры сгорания. Двигатель работает в четырехтактном режиме и вал 58 вращения эксцентрика 30 неправильной формы снабжен редуктором с соотношением передаточного числа два к одному к коленчатому валу, то есть, когда коленчатый вал совершает два оборота, эксцентрик 30 неправильной формы (фиг. 2), воздействующий на колпачок 65 тыльной части 66 поршня досжатия 19, совершает один оборот. Поэтому поршень досжатия 19 не двигается и тогда, когда рабочий поршень уменьшенного диаметра идет к ВМТ и выталкивает отработанные газы из камеры сгорания. После того, как рабочий поршень пройдет ВМТ и двигается к НМТ, поршень досжатия 19 двигается из НМТ к ВМТ совместно с рабочим поршнем, увеличивая объем, заполняемый воздухом, в следующем такте происходит подача топлива и сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания до воспламенения от сжатия рабочим поршнем совместно с поршнем досжатия 19.

В механизме досжатия находится поршень досжатия 19 с верхней парой поршневых колец 21, средней парой поршневых колец 79, нижней парой поршневых колец 78, с кольцевым каналом 22 вокруг поршня досжатия 19 для масла, который находится между средней парой поршневых колец 79 и верхней парой поршневых колец 21. Теплоизоляционное покрытие 74 канала 22 предохраняет масло от закипания, которое постоянно поступает в объем 75 кольцевого канала, образованного стенкой цилиндра 25, кольцевым каналом 22 вокруг поршня досжатия 19 с теплоизоляционным покрытием 74 и ограниченного средней парой поршневых колец 79 и верхней парой поршневых колец 21. Масло для смазки нижней пары поршневых колец 78, средней пары поршневых колец 79, верхней пары поршневых колец 21 с двух сторон обтекает поршень досжатия 19, смазывая стенки цилиндра 25, и выходит через отвод 24. При возвратно-поступательном движении поршня досжатия 19 средняя пара поршневых колец 79 и верхняя пара поршневых колец 21 доходят до подвода 23 масла и отвода 24 масла с двух сторон поочередно, но не перекрывают их. Расстояние между нижней парой поршневых колец 78 и средней парой поршневых колец 79 меньше хода поршня досжатия 19 настолько, что позволяет нижней паре поршневых колец 78 периодически соприкасается со стенкой цилиндра 25, которая смазывается маслом, и само собой разумеется, смазывается средняя пара поршневых колец 79 и верхняя пара поршневых колец 21. При удерживании эксцентриком 30 неправильной формы поршня досжатия 19 в НМТ, во время воздействия горячих газов высокого давления, пространство между нижней парой поршневых колец 78 и средней парой поршневых колец 79 совпадает с отводами 80 газов, через которые выходят горячие газы, частично проникающие из камеры сгорания через нижнюю пару поршневых колец 78. Отводы 80 для газов открыты только во время совпадения с пространством между нижней парой поршневых колец 78 и средней парой поршневых колец 79 и воздействия горячих газов высокого давления на поршень досжатия 19, в другое время отводы 80 для газов закрываются (на чертеже не показано).

Для охлаждения ножки поршня досжатия 19, которая снабжена воздушным радиатором 26 вокруг ножки, через подвод 27 подается сжатый воздух, который, нагревшись, выходит через отвод 28 нагретого воздуха. Пружина 63 возврата поддерживает контакт эксцентрика 30 неправильной формы с колпачком 65 тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19, с одной стороны упираясь в корпус головки 76 цилиндра A, с другой стороны - в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки 71, которая в свою очередь упирается в выступы на ножке поршня досжатия 19, ограничивая пространство для пружины 63 возврата, уплотнительной шайбы 70 из графлекса, поршня 29 разграничителя, стальной шайбы 69, в которую упирается колпачок 65, одетый на тыльную часть 66 поршня досжатия 19. Колпачок 65 имеет сквозные квадратные отверстия, которые совпадают с квадратным отверстием в тыльной части 66 ножки поршня досжатия 19 и в которые продет Т-образный стопорный палец 67 квадратного сечения, который в свою очередь стопорится шпилькой 68. Выступы на ножке поршня досжатия 19 образуются за счет разницы в диаметрах ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси.

Поршень 29 разграничитель разграничивает внутренний объем механизма досжатия и объем 77 с масляной средой головки 76 цилиндра, масляная среда служит смазкой эксцентрику 30 неправильной формы, валу вращения 58 (распределительному валу), колпачку 65, поршневым кольцам 73, которые находятся в неподвижной обсадной втулке 72 и по которым скользит поршень 29 разграничитель. Поршневые кольца 73 соприкасаются с внутренним диаметром поверхности поршня 29 разграничителя. Обсадная втулка 72 запрессована на втулку, являющуюся частью головки 76 цилиндра, внутри которой проходит ножка поршня досжатия 19 с расположенной вокруг нее пружиной 63 возврата.

Механизм досжатия (оба варианта) можно использовать и в двухтактном двигателе, если исключить редуктор, без изменений в конструкции самого механизма досжатия воздушно-топливной смеси.

Эксцентрик 30 снабжен рабочей поверхностью неправильной формы (фиг. 2). Конфигурация эксцентрика 30 неправильной формы гарантирует воспламенение воздушно-топливной смеси в нужный момент и задает режим работы всего механизма досжатия.

Эксцентрик 30 снабжен рабочей поверхностью неправильной формы (фиг. 2), имеющей радиус R1 из центра C с рабочей поверхностью, состоящей из двух основных неравнозначных участков: участка поверхности A-B-K, образованного радиусом R3 из точки F, имеющим наименьшее удаление от центра вращения C в точке B, с увеличением удаления от центра вращения C по кривым от точки B к точкам A и K, и участка поверхности K-H-A, образованного радиусом R2 из центра вращения C, имеющим наибольшее удаление от центра вращения C. Номера радиусов R1, R2, R3 проставлены по мере возрастания.

При использовании эксцентрика неправильной формы (фиг. 2) в конструкциях двухтактных двигателей точку A можно переместить ближе к центру C вращения, в этом случае конфигурация участка поверхности H-A-B будет более плавной в зависимости от того, в какой момент будет происходить выпуск газов из камеры сгорания, т.е. до какого момента необходимо удерживать минимальный объем камеры сгорания. Для того, чтобы использовать эту конфигурацию эксцентрика неправильной формы в двухтактном двигателе с поздним зажиганием, надо переместить вал вращения эксцентрика неправильной формы ближе к точке B.

Пирамидальный двухцилиндровый поршень 7 содержит поршень 8 стабилизатор хода - противопожарный разграничитель, рабочий поршень 10, посадочное место 81 для пальца, стенку 82 поршня 8 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, посадочные места 83 для поршневых колец поршня 8 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, стенку 84 рабочего поршня 10, антивибрационную вставку 85, выступ 86 в верхней внутренней части рабочего поршня 10, кольцевой паз 87 в верхней внутренней части рабочего поршня 10 вокруг выступа 86, посадочные места 88 для поршневых колец рабочего поршня 10, выемку 89 в днище рабочего поршня 10.

Для повышения механической прочности поршень выполнен из стали. В днище рабочего поршня 10 находится выемка 89 для стабилизации хода всего пирамидального двухцилиндрового поршня, когда горячие газы высокого давления воздействуют на днище рабочего поршня 10. С целью уменьшения веса рабочий поршень 10 выполнен трубчатым, имеет выход только во внутренний объем поршня 8 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, через который во внутренний объем рабочего поршня 10 запрессовывается антивибрационная вставка 85 с меньшим удельным весом, чем у стали, для снижения вибрации во время работы. С обратной стороны днища рабочего поршня 10, т.е. во внутреннем объеме по центру днища, находится выступ 86, предназначенный для саморасклепки торцевой части антивибрационной вставки 85 во время ее запрессовывания. В результате саморасклепки материал торцевой части антивибрационной вставки 85 заполняет кольцевой паз 87, находящийся вокруг выступа 86 с внутренней стороны стенки 84 рабочего поршня 10 и образует опорный бурт, который закрепляет антивибрационную вставку 85 во внутреннем объеме рабочего поршня 10.

Для обеспечения экономичной работы двигателя пирамидальный двухцилиндровый поршень имеет рабочий поршень 10 такого уменьшенного диаметра, что рабочий объем соответствующего ему цилиндра позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Использование горячих газов высокого давления, воздействующих на рабочий поршень 10 в уменьшенном объеме соответствующего цилиндра, приводит к экономии топлива, которое расходуется для получения этих газов, так как в рабочем цилиндре с уменьшенным диаметром и соответственно с уменьшенным рабочим объемом давление газов падает незначительно на единицу пройденного рабочим поршнем 10 пути из ВМТ к НМТ.

Рабочий поршень 10 можно выполнить сквозным, в этом случае роль днища поршня 10 будет выполнять торцевая часть антивибрационной вставки 85, которую также можно расклепать с выполнением выемки 89. Другая торцевая часть антивибрационной вставки 85 также расклепывается.

Чтобы выполнить рабочий поршень 10 универсальным для возможности использования в двигателях, которые имеют сальник, разграничивающий объем рабочего цилиндра и расположенный вокруг рабочего поршня, рабочий поршень 10 выполняют еще меньшего диаметра и запрессовывают на него втулку из более износостойкой стали с посадочными местами для поршневых колец и "зеркальной" боковой поверхностью, соответствующую цилиндру двигателя.

Аналогично выполнен и пирамидальный двухцилиндровый поршень 34.0

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, шатуны, топливный насос, две цилиндропоршневые группы, каждая из которых включает клапаны впуска и выпуска, форсунку, механизм досжатия воздушно-топливной смеси, отличающийся тем, что каждая цилиндропоршневая группа снабжена пирамидальным двухцилиндровым поршнем, состоящим из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра, который находится в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, подводом системы смазки, расположенным в нижней части рабочего цилиндра, ниже нижней мертвой точки поршневых колец рабочего поршня меньшего диаметра, общим отводом для газов и отработанного масла в верхней части цилиндра поршня-стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, при этом двигатель снабжен накопителем загазованной смеси для газов, частично проникающих из камер сгорания через поршневые кольца рабочих поршней меньшего диаметра, и уловителем масла с масляным фильтром, через который отработанное масло попадает в картер.

2. Механизм досжатия воздушно-топливной смеси двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршень досжатия воздушно-топливной смеси с двумя парами поршневых колец, цилиндр, отличающийся тем, что поршень досжатия воздушно-топливной смеси содержит кольцевой канал для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия воздушно-топливной смеси, находящийся между нижней парой и верхней парой поршневых колец, механизм досжатия воздушно-топливной смеси содержит подвод масла в объем кольцевого канала, отвод масла из объема кольцевого канала, поршневые кольца нижней пары и верхней пары не перекрывают подвод масла в объем кольцевого канала и отвод масла из объема кольцевого канала при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси, воздушный радиатор на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, подвод сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора, отвод нагретого воздуха, эксцентрик неправильной формы на валу вращения, пружину возврата, которая поддерживает контакт эксцентрика неправильной формы с колпачком на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, с одной стороны упираясь в корпус головки цилиндра, а с другой - в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки, которая упирается в выступы на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, уплотнительной шайбы, поршня-разграничителя, стальной шайбы, в которую упирается колпачок на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси с двумя сквозными квадратными отверстиями, совпадающими с квадратным отверстием в тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, Т-образный стопорный палец квадратного сечения, шпильку, механизм досжатия воздушно-топливной смеси также содержит обсадную втулку с поршневыми кольцами, по которым скользит поршень-разграничитель при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси.

3. Механизм досжатия по п.2, отличающийся тем, что вал вращения эксцентрика неправильной формы снабжен редуктором с соотношением передаточного числа два к одному к коленчатому валу, то есть, когда коленчатый вал совершает два оборота, вал вращения эксцентрика неправильной формы совершает один оборот.

4. Механизм досжатия воздушно-топливной смеси двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршень досжатия воздушно-топливной смеси с двумя парами поршневых колец, цилиндр, отличающийся тем, что поршень досжатия воздушно-топливной смеси снабжен третьей парой поршневых колец, содержит кольцевой канал для масла с теплоизоляционным покрытием вокруг поршня досжатия воздушно-топливной смеси, находящийся между средней парой и верхней парой поршневых колец, механизм досжатия содержит подвод масла в объем кольцевого канала, отвод масла из объема кольцевого канала, поршневые кольца средней пары и верхней пары не перекрывают подвод масла в объем кольцевого канала и отвод масла из объема кольцевого канала при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси, отводы горячих газов, частично проникающих из камеры сгорания через нижнюю пару поршневых колец, совпадающие с пространством между нижней парой и средней парой поршневых колец, когда на поршень досжатия воздушно-топливной смеси воздействуют горячие газы высокого давления, воздушный радиатор на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, подвод сжатого воздуха для охлаждения воздушного радиатора, отвод нагретого воздуха, эксцентрик неправильной формы на валу вращения, пружину возврата, которая поддерживает контакт эксцентрика неправильной формы с колпачком на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, с одной стороны упираясь в корпус головки цилиндра, а с другой - в плотный пакет, состоящий из шайбы-втулки, которая упирается в выступы на ножке поршня досжатия воздушно-топливной смеси, уплотнительной шайбы, поршня-разграничителя, стальной шайбы, в которую упирается колпачок на тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси с двумя сквозными квадратными отверстиями, совпадающими с квадратным отверстием в тыльной части ножки поршня досжатия воздушно-топливной смеси, Т-образный стопорный палец квадратного сечения, шпильку, механизм досжатия воздушно-топливной смеси также содержит обсадную втулку с поршневыми кольцами, по которым скользит поршень-разграничитель при возвратно-поступательном движении поршня досжатия воздушно-топливной смеси.

5. Механизм досжатия по п.4, отличающийся тем, что вал вращения эксцентрика неправильной формы снабжен редуктором с соотношением передаточного числа два к одному к коленчатому валу, то есть, когда коленчатый вал совершает два оборота, вал вращения эксцентрика неправильной формы совершает один оборот.

6. Пирамидальный двухцилиндровый поршень двигателя внутреннего сгорания, состоящий из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра с выемкой в днище, отличающийся тем, что пирамидальный поршень выполнен из стали с запрессованной во внутренний трубчатый объем рабочего поршня антивибрационной вставкой с образованием опорного бурта в кольцевом пазу, во внутренней стенке рабочего поршня, вокруг выступа, находящегося по центру на тыльной стороне днища рабочего поршня.

7. Пирамидальный двухцилиндровый поршень двигателя внутреннего сгорания, состоящий из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня меньшего диаметра, находящихся в соответствующих цилиндрах, объем цилиндра рабочего поршня постоянно сообщается с камерой сгорания, отличающийся тем, что рабочий поршень меньшего диаметра находится в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5