Двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двухтактным и четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Наиболее близкими аналогами заявленных изобретений являются двигатели, известные из источников [1, 2].

Недостатками известных двигателей являются малая надежность, удельная мощность и недостаточная экономичность.

Техническим результатом заявленных изобретений является повышение надежности, экономичности и удельной литровой мощности двигателя, для чего необходимо обеспечить условия работы двигателя на бедной смеси и обеспечить ее надежное воспламенение.

Поставленная задача в части первого варианта, описанного в пунктах 1-3 формулы изобретения, достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный или четырехтактный содержит несколько соединенных между собой цилиндров, имеющих общую камеру сгорания и форсунку для впрыска топлива при подходе поршня к верхней мертвой точке. Согласно изобретению, смежные цилиндры соединены между собой через отверстие в стенке цилиндра, которое выполнено в верхней части цилиндра и перекрывается верхней частью поршня при его подходе к верхней мертвой точке.

Поставленная задача достигается также тем, что смежные цилиндры могут быть соединены между собой через дополнительное отверстие в стенке цилиндра, которое выполнено в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке.

Поставленная задача достигается также тем, что он может иметь основную форсунку, которая подключена к одному из смежных цилиндров и подает в этот цилиндр количество топлива, достаточное для его воспламенения, а в другом цилиндре может быть установлена дополнительная форсунка для впрыска в цилиндр небольшого количества топлива для образования бедной смеси или для подачи в цилиндр парообразующей жидкости.

Поставленная задача в части второго варианта, описанного в пунктах 4-7 формулы изобретения, достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный содержит рабочий цилиндр с поршнем и впускные окна рабочего цилиндра, которые выполнены в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке и соединены с внешним источником наддува, например, с помощью перепускного канала с компрессорным цилиндром, поршень которого работает в противофазе с поршнем рабочего цилиндра. Согласно изобретению, продувка рабочего цилиндра ведется от внешнего источника продувки через выполненные в верхней части цилиндра впускные и выпускные окна с клапанами (тарельчатыми, золотниковыми или дисковыми), управляемыми механизмом газораспределения, фазы работы которого установлены так, что продувка цилиндра ведется до открытия впускных окон, выполненных в нижней части цилиндра.

Поставленная задача достигается также тем, что к перепускному каналу может быть подключена форсунка для впрыска топлива в рабочий цилиндр после окончания его продувки.

Поставленная задача достигается также тем, что компрессорный цилиндр может быть снабжен устройством для регулирования производительности.

Поставленная задача достигается также тем, что рабочий цилиндр может состоять из нескольких соединенных между собой цилиндров, имеющих общую камеру сгорания.

Поставленная задача в части третьего варианта, описанного в пунктах 8-13 формулы изобретения, достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный содержит рабочий цилиндр с поршнем, выпускные окна цилиндра, выполненные над поршнем при его положении в нижней мертвой точке, впускные окна, внешний источник продувки, например в виде нагнетателя или компрессорного цилиндра, и устройство для топливоподачи. Согласно изобретению, впускные окна расположены в верхней части цилиндра и соединены с камерами впуска, в каждой из которых установлен связанный по вращению с валом двигателя цилиндрический золотник с окнами, которые размещены на цилиндрической поверхности золотника по углу поворота вала так, что их закрытие происходит после закрытия поршнем выпускных окон, при этом одна камера низкого давления является продувочной и подключена к нагнетателю напрямую без дросселирования поступающего от нагнетателя воздуха, а другая камера высокого давления на входе имеет регулятор количества поступающего в цилиндр газа и подает в цилиндр газ после закрытия поршнем выпускных окон.

Поставленная задача достигается также тем, что рабочий цилиндр может состоять из нескольких соединенных между собой цилиндров, имеющих общую камеру сгорания.

Поставленная задача достигается также тем, что устройство для топливоподачи может включать в себя форсунку для впрыска топлива, которая установлена в канале, соединяющем камеру впуска высокого давления с рабочим цилиндром двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что он может иметь цилиндр двухстороннего действия, у которого с одной стороны поршня, обращенной к механизму движения поршня, образована полость компрессора, которая соединена с камерой высокого давления, а с другой стороны поршня образована полость двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что он может иметь цилиндр двухстороннего действия, у которого с двух сторон поршня образованы полости двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что в камерах впуска ось вращения золотников может быть расположена вдоль оси цилиндра.

Поставленная задача в части четвертого варианта, описанного в пункте 14 формулы изобретения, достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный или четырехтактный содержит два размещенных рядом и параллельно друг другу рабочих цилиндра, поршни которых совершают движение в различном направлении, а также впускные и выпускные окна цилиндров, соединенные соответственно с камерой впуска и камерой выпуска, в которых установлены цилиндрические золотники с окнами, связанные по вращению с валом двигателя. Согласно изобретению, камеры и золотники имеют дополнительные окна в осевом направлении, которые размещены на цилиндрической поверхности золотников по углу поворота вала в соответствии с заданными фазами распределения рабочей среды для смежного цилиндра, а дополнительные окна камер соединены с помощью каналов с соответствующими окнами смежного цилиндра.

Поставленная задача в части пятого варианта, описанного в пунктах 15-24 формулы изобретения, достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит два или несколько цилиндров, имеющих поршни, а также впускные и выпускные окна цилиндров. Согласно изобретению, один или несколько цилиндров являются стартовыми и снабжены перепускными клапанами принудительного действия, которые соединяют стартовый цилиндр с дополнительным цилиндром при подходе их поршней к верхней мертвой точке, а дополнительные цилиндры имеют двухтактный принцип работы и снабжены выпускными клапанами принудительного действия, которые открываются и остаются открытыми при движении поршня от нижней к верхней мертвой точке.

Поставленная задача достигается также тем, что дополнительные цилиндры могут быть снабжены форсунками, которые после закрытия их выпускных клапанов и перед открытием перепускных клапанов подают в цилиндр топливо и сжатый воздух в оптимальном количестве и соотношении в зависимости от заданного режима работы двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что он может содержать несколько последовательно соединенных между собой дополнительных цилиндров, которые снабжены для соединения друг с другом перепускными клапанами принудительного действия, а создание давления в отдельном дополнительном цилиндре при положении его поршня вблизи верхней мертвой точки осуществляется путем сброса давления через перепускной клапан из рядом стоящего цилиндра.

Поставленная задача достигается также тем, что на линии перепуска газа из одного цилиндра в другой может быть установлен самодействующий обратный клапан.

Поставленная задача достигается также тем, что поршень предыдущего цилиндра, из которого осуществляется перепуск газа, в своем движении может опережать поршень последующего цилиндра.

Поставленная задача достигается также тем, что дополнительные цилиндры могут быть снабжены форсунками для подачи в цилиндр пара или парообразующей жидкости, а для образования пара используется тепло, выделяемое двигателем.

Поставленная задача достигается также тем, что двигатель может быть снабжен турбонагнетателем, который на входе подключен к выхлопному коллектору дополнительных цилиндров, а на выходе подключен к впускному коллектору стартовых цилиндров.

Поставленная задача достигается также тем, что дополнительный цилиндр может быть подключен к предыдущему цилиндру как дополнительная рабочая полость и служит для более полного использования энергии сжатого газа при расширении и для снижения давления выхлопных газов.

Поставленная задача достигается также тем, что стартовые цилиндры могут иметь четырехтактный принцип работы и расположены с двух сторон дополнительного цилиндра.

Поставленная задача достигается также тем, что стартовый цилиндр может иметь двухтактный принцип работы и расположен между дополнительными цилиндрами.

Изобретения поясняются при помощи чертежей.

На фиг.1 показана конструкция первого варианта двухтактного двигателя;

на фиг.2 показана конструкция двигателя, который может быть двухтактным или четырехтактным в зависимости от заданных фаз газораспределения;

на фиг.3 показана конструкция второго варианта двигателя, двухцилиндрового;

на фиг.4 - то же, одноцилиндровый вариант;

на фиг.5 показан трехцилиндровый двигатель по второму варианту;

на фиг.6 - двухцилиндровый двигатель по второму варианту, с внешним источником наддува;

на фиг.7 показан третий вариант двигателя;

на фиг.8 - то же, двухцилиндровый двигатель;

на фиг.9 - третий вариант, одноцилиндровый двигатель с впускным и продувочным окнами;

на фиг.10 - то же, двухцилиндровый вариант с двумя рабочими цилиндрами;

на фиг.11 - двухцилиндровый вариант с рабочим и компрессорным цилиндрами;

на фиг.12 - третий вариант, одноцилиндровый двигатель с цилиндром двухстороннего действия, одна из сторон которого является компрессорной;

на фиг.13 - то же, с дополнительным компрессорным цилиндром;

на фиг.14 - одноцилиндровый двигатель с цилиндром двухстороннего действия, обе стороны которого являются рабочими;

на фиг.15 - с дополнительным соосным рабочим цилиндром;

на фиг.16 представлен четвертый вариант двигателя;

на фиг.17 представлен пятый вариант двигателя со стартовым двухтактным цилиндром и двумя дополнительными;

на фиг.18 - то же, с симметрично расположенными относительно стартового цилиндра дополнительными цилиндрами, подключенными к стартовому параллельно;

на фиг.19 - пятый вариант двигателя с двумя четырехтактными стартовыми цилиндрами и одним дополнительным;

на фиг.20 приведена диаграмма, на которой показаны характерные точки и фазы работы стартового двухтактного цилиндра;

на фиг.21 - диаграмма, на которой показаны характерные точки и фазы работы дополнительного цилиндра без подачи в него топлива;

на фиг.22 - то же, при подаче в него топлива;

на фиг.23 - диаграммы I и II, на которых показаны характерные точки и фазы работы двух четырехтактных стартовых цилиндров, имеющих смещение циклов по углу поворота вала на 360°.

Изобретение по первому варианту выполнения, описанное в пунктах 1-3 формулы изобретения, содержит левый рабочий цилиндр 1; правый рабочий цилиндр 2; поршень 3 цилиндра 1; поршень 4 цилиндра 2; стенку 5, разделяющую смежные цилиндры; верхнее отверстие 6 в стенке 5; форсунку 7 высокого давления, основную для впрыска и поджигания топлива в цилиндре 1; форсунку 8 дополнительную для впрыска в цилиндр 2 небольшого количества топлива и образования в этом цилиндре бедной, не самовоспламеняющейся смеси, например, в соотношении один к пятидесяти, или форсунку для подачи в цилиндр 2 парообразующей жидкости; нагнетатель 9; регулятор 10 производительности нагнетателя 9 (например, воздушная заслонка); впускное окно 11 цилиндра 2; выпускное окно 12 цилиндра 1. На фиг.2 дополнительно показаны нижнее дополнительное продувочное отверстие 13 в стенке 5, разделяющей смежные цилиндры; камера 14 (коллектор) впуска; камера 15 выпуска; впускное окно 16 камеры 14; выпускное окно 17 камеры 15; выпускные клапаны 18 цилиндра 1; впускные клапаны 19 цилиндра 2; вал 20 привода распределительных клапанов 18 и 19.

Двигатель по варианту 1 может быть двухтактным или четырехтактным и имеет минимум два смежных взаимосвязанных цилиндра, которые соединены между собой и имеют общую камеру сгорания.

Принцип работы многоцилиндрового двигателя, имеющего группы цилиндров, из которых каждая группа цилиндров имеет общую камеру сгорания, не будет отличаться от двигателя, имеющего два смежных взаимосвязанных цилиндра.

На фиг.1 показан двухцилиндровый двухтактный двигатель, имеющий на два цилиндра общую камеру сгорания. Цилиндр 2 имеет впускные окна 11, а цилиндр 1 имеет выпускные окна 12. В результате обеспечивается последовательная прямоточная продувка сначала цилиндра 2, а затем цилиндра 1. Поршень 3 цилиндра 1 с выпускными окнами 12 при перемещении опережает поршень 4 за счет смещения по углу поворота своего кривошипа по отношению к кривошипу поршня 4. В результате происходит опережение открытия и закрытия выпускных окон 12 по отношению к впускным окнам 11, что позволяет после закрытия выпускных окон 12 поднять давление в цилиндрах выше атмосферного давления за счет наддува.

Принцип работы двухтактного двигателя заключается в следующем. На фиг.1 показано положение поршней, при котором заканчивается их рабочий ход. Когда поршень 3 цилиндра 1 подходит к НМТ, сначала открываются выпускные окна 12. Происходит выпуск сгоревших газов. Затем выпускные окна 12 начинают закрываться поршнем 3, который начинает движение к ВМТ. а впускные окна начинают открываться поршнем 4, который идет к НМТ. В это время происходит продувка цилиндров 1 и 2 свежим газом, который поступает от нагнетателя 9. Количество поступающего от нагнетателя 9 в цилиндры 1 и 2 воздуха, от которого зависит текущая мощность двигателя, изменяется регулятором производительности 10. После закрытия выпускных окон 12 впускные окна 11 остаются еще открытыми. В результате происходит заполнение цилиндра 1 и цилиндра 2 до давления выше атмосферного, которое может создать нагнетатель 9. После закрытия впускных окон поршни продолжают движение к ВМТ и начинается процесс сжатия. При подходе поршней к ВМТ вперед движется поршень 3 и первым перекрывает отверстие 6, которое соединяет камеру сгорания в цилиндре 1 с камерой сгорания в цилиндре 2. В этот момент происходит впрыск топлива в цилиндр 1 с помощью форсунки 7 высокого давления. Топливо от форсунки 7 в цилиндр 2 не попадает, т.к. окно 6 еще закрыто. В результате в цилиндре 1 создается оптимальный состав топливовоздушной смеси для ее самовоспламенения (дизельный вариант) или ее воспламенения от свечи зажигания. При этом в цилиндр 2 топливо вообще не подается или впрыскивается дополнительной форсункой 8 в малом количестве для образования в цилиндре 2 бедной смеси, которая самостоятельно не воспламеняется. В другом варианте через форсунку 8 может впрыскиваться парообразующая жидкость. В результате загорания топливной смеси в цилиндре 1 давление на поршень 3 растет, и оба поршня начинают движение к НМТ.

Открывается отверстие 6 в стенке 5 цилиндра и газ, имеющий высокую температуру и давление, врывается в цилиндр 2. При этом при отсутствии топлива в цилиндре 2 давление распределяется на оба поршня и сгорание топлива в цилиндрах происходит с избытком кислорода. Т.е. происходит более полное сгорание топлива и снижается давление газа при подходе поршней к НМТ, что повышает экономичность двигателя. Если в цилиндр 2 через дополнительную форсунку 8 впрыскивается небольшое количество топлива для образования в цилиндре 1 бедной смеси, которая самостоятельно не воспламеняется, то она загорается при открытии отверстия 6 от факела, идущего из цилиндра 1, что также приводит к повышению экономичности двигателя. При такой конструкции двигателя сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах 1 и 2 становится возможным при соотношении топлива и воздуха один к пятидесяти и более, тогда как в существующих двигателях топливовоздушная смесь может загореться при соотношении один к четырнадцати. Но известно, что чем беднее смесь, тем экономичнее двигатель. При открытии выпускных окон 12 происходит выпуск выхлопных газов и стадии работы двигателя повторяются.

В настоящее время известны способы поджигания бедной смеси в цилиндре, например с использованием форкамеры, которая после поджигания топливной смеси в ограниченном объеме форкамеры образует узкий факел для поджигания топливной смеси в цилиндре. Однако форкамера не позволяет значительно обеднять топливную смесь. Это объясняется тем, что форкамера не изолирована от основного цилиндра и невозможно значительно изменить состав топливной смеси в двух соединенных между собой объемах. В момент поджигания бедной смеси в цилиндре в нем еще имеет место небольшое давление, которое было создано в результате сжатия газа (степень сжатия в дизельном двигателе), а также невысокая температура. Факел от форкамеры не может сразу разогреть смесь и поднять давление в цилиндре. В предложенном варианте двигателя одна полость цилиндра изолирована от другой, а поэтому в изолированной полости проще создать оптимальную смесь для ее воспламенения. После открытия окна 6 в соседней полости, имеющей бедную смесь, скачкообразно создается высокое давление и температура, что создает лучшие условия для поджигания смеси.

В другом варианте в цилиндр 2 при закрытом окне 6 через форсунку 8 может подаваться парообразующая жидкость (например, вода), которая не оказывает влияния на условия воспламенения топливной смеси в цилиндре 1. При открытии окна 6 газ в цилиндре 1, имеющий после воспламенения высокую температуру и давление, врывается в цилиндр 2 и вызывает образование пара, который дополнительно поднимает давление в цилиндрах 1 и 2 и давит на поршни 3 и 4. В результате увеличивается мощность двигателя и повышается его экономичность.

Такой способ подачи в цилиндры воды, в отличие от существующих способов, не мешает процессу загорания и горения газа, т.к. подача воды происходит при небольшом давлении в цилиндре 2 после загорания топлива в цилиндре 1, куда жидкость в момент загорания топлива не поступает. Кроме того, подача в цилиндры парообразующей жидкости снижает температуру выходящих газов и снижает тепловой режим работы двигателя.

На фиг.2 показана конструкция двухцилиндрового двигателя с клапанным газораспределением, который может использоваться или как двухтактный или как четырехтактный двигатель. У этого двигателя над цилиндрами расположены изолированные друг от друга камера впуска 14 и камера выпуска 15. В камерах размещены впускные 18 и выпускные клапаны 19, которые по принципу работы могут быть тарельчатыми, золотниковыми или дисковыми и приводятся в действие валом 20 распределительного механизма от вала двигателя. Срабатывание клапанов происходит согласно выбранным фазам газораспределения для двухтактного или четырехтактного двигателя.

Принцип работы двухтактного двигателя, показанного на фиг.2, заключается в следующем.

Поршни 3 и 4 цилиндров 1 и 2 движутся синхронно в одном направлении. При положении поршней 3 и 4 в НМТ закончился рабочий ход поршней. Сгоревший газ из цилиндра 1 через выпускные клапаны 18 поступает в камеру выпуска 15, а затем через выпускное окно 17 в атмосферу. Из цилиндра 2 газ через отверстия 6 и 12 сначала поступает в цилиндр 1, а затем, так же как и из цилиндра 1, поступает в атмосферу. С помощью заданных фаз газораспределения можно обеспечить сначала открытие выпускных клапанов 18, после чего начнется выпуск из цилиндров сгоревшего газа при положении поршней на уровне НВ (начало выпуска), затем открываются впускные клапаны 19 и идет продувка цилиндров при положении поршней на уровне НП (начало продувки), при положении поршней на уровне ОП (окончание продувки) выпускные клапаны 18 закрываются и при открытых впускных клапанах 19 идет заполнение цилиндров свежим газом. В НМТ впускные клапаны 18 закрываются на уровне ЗК (закрытие клапанов). При таких фазах газораспределения произойдет заполнение цилиндров с избыточным давлением, которое может создать нагнетатель 9.

После заполнения цилиндров и закрытия всех клапанов поршни 3 и 4 идут к ВМТ и начинается процесс сжатия в обоих цилиндрах. При подходе поршней к ВМТ перекрывается отверстие 6 и камеры сгорания цилиндра 1 и 2 изолируются друг от друга. В цилиндр 1 через форсунку 7 впрыскивается количество топлива, достаточное для самовоспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре 1. При этом топливо в цилиндр 2 не поступает, если цилиндр 1 не имеет форсунки, или подается через дополнительную форсунку 8 для образования в цилиндре 2 бедной смеси, которая самостоятельно не воспламеняется. При движении поршней 3 и 4 к НМТ открывается отверстие 6 и горящий газ с большим давлением и температурой врывается в цилиндр 2 и поджигает бедную смесь. Начинается рабочий ход поршней, затем выпуск сгоревших газов и стадии работы двухтактного двигателя повторяются через 360° поворота вала. В цилиндр 2 вместо топлива через форсунку 8 может подаваться парообразующая жидкость. Работа четырехтактного двигателя отличается от двухтактного тем, что стадии работы двигателя повторяются через два оборота вала, т.е. через 720° угла поворота вала. За это время поршни дважды подходят к ВМТ и к НМТ.

Работа двигателя происходит следующим образом. Первая фаза - поршни идут к НМТ, открываются впускные клапаны 17 и происходит процесс всасывания воздуха в цилиндре 2 и в цилиндре 1. В цилиндр 2 газ попадает через клапаны 19. В цилиндр 1 газ поступает транзитом из цилиндра 2 через отверстие 6. В НМТ давление в цилиндрах 1 и 2 выравнивается за счет открытия дополнительного отверстия 13. Вторая фаза - все клапаны закрыты, поршни идут к ВМТ и происходит процесс сжатия. При подходе к ВМТ поршни перекрывают отверстие 6 и камеры сгорания цилиндра 1 и цилиндра 2 на время изолируются друг от друга. Впрыскивается топливо в цилиндр 1 и происходит самовоспламенение топливовоздушной смеси (дизельный вариант) или поджигание смеси от свечи зажигания. В цилиндр 2, если есть дополнительная форсунка 8, впрыскивается количество топлива для образования бедной смеси, которая в результате сжатия не воспламеняется и не может быть подожжена при срабатывании обычной свечи зажигания. Третья фаза - при движении поршней к НМТ открывается отверстие 6 и горящий газ из цилиндра 1 с большой температурой и под большим давлением врывается в цилиндр 2 и поджигает там бедную смесь. Давление вырастает и начинается рабочий ход поршней 3 и 4. При подходе к НМТ открываются выпускные клапаны 18 и происходит выпуск выхлопных газов, сначала из цилиндра 1, а затем из цилиндра 2 газ через отверстия 6 и 12 сначала поступает в цилиндр 1, а потом через клапаны 18 газ выпускается в атмосферу. Четвертая фаза - выпускные клапаны 18 остаются открытыми и при движении поршней к ВМТ происходит полная очистка цилиндров 1 и 2 от выхлопных газов. Как видно, такой четырехтактный двигатель может работать на бедной смеси, что позволяет увеличить его экономичность на единицу мощности, т.к. происходит более полное сгорание топлива с избытком кислорода. Повышается чистота выхлопных газов. Кроме того, снижается давление газа в конце рабочего хода поршней, т.к. сжигается меньшее количество топлива в цилиндрах 1 и 2, что повышает коэффициент полезного действия двигателя. Через форсунку 8 вместо топлива может подаваться парообразующая жидкость, что также повышает эффективность работы двигателя.

Двигатель по второму варианту, описанному в пунктах 4-7 формулы изобретения, содержит рабочий цилиндр 2; поршень 4 рабочего цилиндра; компрессорный цилиндр 21; поршень 22 компрессорного цилиндра; впускные верхние продувочные окна 23 рабочего цилиндра 2; впускные клапаны 19 рабочего цилиндра; выпускные продувочные окна 24 рабочего цилиндра 2; выпускные клапаны 18 рабочего цилиндра; впускные нижние окна 9 рабочего цилиндра; впускные окна 25 компрессорного цилиндра 21; впускные клапаны 26 компрессорного цилиндра 21; выпускное окно 27 компрессорного цилиндра 21; перепускной канал 28; вал 20 привода распределительного механизма для управления клапанами, которые могут быть тарельчатыми, золотниковыми или дисковыми; шкив 29 вала 20; камеру впуска 30 компрессорного цилиндра 21; впускное окно 31 камеры 30; камеру впуска 14 рабочего цилиндра 2; впускное окно 16 камеры 14; общий нагнетатель 32 для продувки цилиндра и для подачи в него свежей порции газа; устройство 33 для регулирования подачи воздуха от нагнетателя 32; камеру выпуска 15 рабочего цилиндра 1; выпускное окно 17 камеры 15; свечу зажигания 34 для двигателя с принудительным зажиганием или форсунку 7 высокого давления для дизельного варианта двигателя с самовоспламенением; форсунку 35 низкого давления для двигателя с принудительным зажиганием.

На фиг.5 и 6 показаны рабочий цилиндр 1 левый; рабочий цилиндр 2 правый; стенка 5, разделяющая цилиндры 1 и 2; отверстие 6 в верхней части стенки цилиндров; продувочное отверстие 13 в нижней части стенки цилиндра; поршень 3 цилиндра 1; поршень 4 цилиндра 2; форсунка 8 для подачи в цилиндр 2 небольшого количества топлива с целью образования в этом цилиндре бедной, не самовоспламеняющейся смеси или для подачи в цилиндр парообразующей жидкости.

Двигатель по варианту 2 может быть с принудительным зажиганием, например от свечи зажигания или дизельным с воспламенением горючей смеси в результате ее сжатия.

Принцип работы двухтактного дизельного двигателя, показанного на фиг.3, заключается в следующем. При подходе поршня 4 рабочего цилиндра 2 к ВМТ через форсунку высокого давления 7 в цилиндр 2 впрыскивается порция топлива в количестве, достаточном для самовоспламенения топливовоздушной смеси. В результате сжатия происходит воспламенение топливной смеси. В цилиндре 2 вырастает давление и поршень 4 начинает рабочий ход к НМТ. В это время поршень 22 компрессорного цилиндра 21 начинает движение к ВМТ и сжимает находящийся в нем чистый воздух. При подходе поршня рабочего цилиндра к НМТ (см. положение поршня НВ, показанное пунктиром, что соответствует началу выпуска) сначала открываются выпускные клапаны 18 и выхлопные газы из цилиндра 2 попадают в камеру выпуска 15, а затем в атмосферу. После падения давления в цилиндре 1, когда выпускные клапаны 18 еще открыты, открываются впускные клапаны 19 (положение поршня НП, что соответствует началу продувки), и происходит продувка рабочего цилиндра 2 от остаточных выхлопных газов свежим воздухом, который поступает в цилиндр под давлением от нагнетателя 32. При этом количество воздуха, поступающего в цилиндр для продувки, не зависит от режимов работы двигателя, т.к. воздух поступает от нагнетателя без изменения его максимальной расчетной производительности. После продувки цилиндра 2 (положение поршня ОП, что соответствует окончанию продувки) закрываются выпускные клапаны 18, а впускные клапаны 19 остаются еще открытыми. В результате, воздух под давлением поступает в замкнутый объем и в рабочем цилиндре устанавливается избыточное давление, которое может создать нагнетатель 32. После заполнения цилиндра 2 до расчетного постоянного давления закрываются впускные клапаны 19 (положение поршня ЗК, что соответствует закрытию впускных клапанов 19). В это время компрессорный поршень 22 подходит к ВМТ и сжимает воздух до расчетного давления. Когда поршень 4 рабочего цилиндра при движении к НМТ открывает окна 9, весь сжатый воздух из цилиндра 21 через окно 27, перепускной канал 28 и окно 9 выталкивается в цилиндр 2 и дополнительно поднимает в нем давление до уровня, который не может создать центробежный нагнетатель. За счет смещения по углу поворота кривошипа поршня рабочего цилиндра по отношению к кривошипу поршня компрессорного цилиндра предусмотрено, что поршень компрессорного цилиндра пойдет к НМТ только после закрытия окон 9 рабочего цилиндра, что исключает обратный отток газа из рабочего цилиндра в насосный цилиндр. При движении поршня 4 рабочего цилиндра к ВМТ в цилиндре 2 идет сжатие, а поршень 22 компрессорного цилиндра 21 движется к НМТ. В начале движения поршня 22 к НМТ открываются впускные клапаны 26 и в компрессорном цилиндре 21 происходит процесс всасывания, при котором воздух в компрессорный цилиндр поступает от нагнетателя 32. Нагнетатель 32 подключен параллельно к рабочему цилиндру 2 для его продувки и к компрессорному цилиндру 21 для его заполнения и подает воздух в эти цилиндры поочередно, т.к. цилиндры 2 и 21 работают в противофазе по отношению друг к другу. Количество поступающего в цилиндр 21 газа может регулироваться в зависимости от требуемой мощности двигателя регулятором производительности цилиндра 21, например дроссельной заслонкой 33. Такая конструкция дизельного двигателя позволяет обеспечить эффективную продувку рабочего цилиндра на всех режимах его работы, т.к. цилиндр продувается постоянным максимальным количеством воздуха, поступающем от нагнетателя без дросселирования даже при работе двигателя на режиме сниженной мощности. Кроме того, за счет работы нагнетателя 32 и компрессорного цилиндра 21 увеличивается весовой коэффициент наполнения рабочего цилиндра. Изменение режимов работы двигателя достигается за счет регулирования количества подаваемого в цилиндр топлива через форсунку и регулирования количества воздуха, поступающего в компрессорный цилиндр. В результате, увеличивается удельная мощность двигателя, снижается его масса при заданной мощности, повышается экономичность и чистота выхлопных газов.

Бензиновый вариант двигателя на фиг.3 вместо форсунки высокого давления 7 имеет форсунку низкого давления 35.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя, изображенного на фиг.3, в варианте с искровым зажиганием заключается в следующем. После зажигания топливной смеси от свечи зажигания 34 стадии работы двигателя - рабочий ход и продувка цилиндра такие же, как у дизельного двигателя. Отличие заключается в том, что форсунка низкого давления 35 подключена к перепускному каналу 28 и срабатывает в момент открытия окон 9. В результате, когда открывается окно 9, газ из компрессорного цилиндра 21 под давлением врывается в рабочий цилиндр 2 и дополнительно распыляет топливо, которое выбрасывается через форсунку 35. Более эффективное распыление топлива позволяет улучшить процесс его сгорания, а следовательно, увеличить мощность и экономичность двигателя и повысить чистоту выхлопных газов. Последующие стадии работы двигателя с искровым зажиганием такие же, как у дизельного двигателя, описанные выше.

Принцип работы двигателя по варианту, изображенному на фиг.4, отличается от варианта фиг.3 тем, что для наддува в рабочий цилиндр использован не компрессорный цилиндр, а общий нагнетатель 32, соединенный параллельно с камерой впуска 14 и с нижним впускным окном 9 рабочего цилиндра 2. При этом, когда заканчивается рабочий ход поршня сначала открываются выпускные клапаны 18 (положение поршня НВ, что соответствует началу выпуска) и происходит выпуск выхлопных газов. Затем открываются впускные клапаны (положение поршня НП, что соответствует началу продувки) и при открытых выпускных и впускных клапанах происходит продувка цилиндра воздухом, который поступает от нагнетателя 32. После продувки, когда впускные и выпускные клапаны закрываются (положение поршня ЗК, что соответствует закрытию клапанов), давление в цилиндре 2 устанавливается ниже, чем может создать нагнетатель 32, т.к. продувка велась при открытых выпускных окнах 24. Поршень 4 продолжает движение к НМТ и открывает нижнее впускное окно 9, через которое воздух под давлением от нагнетателя 32 дополнительно поступает в рабочий цилиндр 2. Поскольку все выпускные окна закрыты, в цилиндре может создаться избыточное давление, которое может создать нагнетатель 32. Количество поступающего в цилиндр 2 воздуха регулируется дроссельной заслонкой 33. После закрытия впускных окон 9 в цилиндре 2 начинается процесс сжатия. В дизельном варианте двигателя топливо в конце сжатия подается через форсунку высокого давления 7. В варианте зажигания топлива от свечи зажигания во время заполнения цилиндра при открытом окне 9 в цилиндр подается топливо с помощью форсунки низкого давления 35, которая установлена на пути движения потока газа, поступающего в цилиндр. Топливо дополнительно распыляется потоком сжатого воздуха. Затем идет сжатие топливовоздушной смеси и ее поджигание при положении поршня в ВМТ. Описанные схемы работы двигателя по варианту 2 позволяют вести эффективную продувку цилиндра постоянным количеством воздуха независимо от режима работы двигателя и исключают какие-либо потери топлива при продувке цилиндра и при его заполнении, что обеспечивает экономичность двигателя и экологическую чистоту выхлопных газов.

Для дополнительного повышения эффективности работы дизельного двигателя на фиг.5 и фиг.6 показано, что рабочий цилиндр может состоять из двух или нескольких цилиндров, имеющих общую камеру сгорания, у которых смежные цилиндры соединены между собой через два отверстия, из которых одно отверстие 6 выполнено в стенке цилиндра в его верхней части и перекрывается верхней частью поршня при его подходе к ВМТ, а другое дополнительное продувочное отверстие 13 выполнено в стенке цилиндра в его нижней части. При этом в отличие от первого варианта двигателя, изображенного на фиг.1 и 2, дополнительное продувочное отверстие 13 выполнено на уровне выше, чем нижнее впускное окно 9 от компрессорного цилиндра 21. Это объясняется тем, что продувка цилиндров начинается до открытия впускного окна 9. При нескольких рабочих цилиндрах, имеющих общую камеру сгорания, становится возможным, как это описано в первом варианте, сначала зажечь богатую смесь в одном цилиндре, а в других цилиндрах сжигать бедную топливную смесь или подавать в цилиндр 2 при закрытых окнах 6 парообразующую жидкость.

В двигателе (3), принятом в качестве прототипа для третьего варианта двигателя, нельзя создать давление газа в цилиндре выше атмосферного при его заполнении. Кроме того, на входе в цилиндр известного двигателя установлен самодействующий клапан, на который действуют высокое давление и температура газа при сгорании топлива и который работает с большой цикличностью, что не позволяет по условиям надежности работы самодействующего клапана увеличивать скорость вращения двигателя, что ведет к снижению его литровой мощности.

Двигатель по варианту 3 может быть дизельным с самовоспламенением топливовоздушной смеси при сжатии или с принудительным зажиганием топливной смеси.

Изложенная сущность исполнения двигателя по варианту 3, описанному в пунктах 8-13 формулы изобретения, поясняется на фиг.7-15, которые имеют позиции: рабочий цилиндр 1; поршень 3 цилиндра 1; верхние впускные окна 44 цилиндра; выпускные окна 12 цилиндра; камеру впуска 14; впускное окно 16 камеры 14; нагнетатель 32; регулятор 33 для изменения величины подачи воздуха от нагнетателя; золотник 36; выпускные окна 37 золотника; приводной вал 20 золотника; шкив 29 зубчатый или шестерня вала 20; форсунку 7 высокого или низкого 35 давления для впрыска топлива непосредственно в цилиндр; свечу 34 зажигания. На фиг.8 - рабочий цилиндр 2; стенка 5, разделяющая смежные цилиндры; верхнее отверстие (окно) 6 в стенке 5, соединяющее цилиндры; дополнительная форсунка 8 для впрыска небольшого количества топлива с целью образования бедной смеси в цилиндре 2 или для подачи в цилиндр парообразующей жидкости. На фиг.9 - продувочная камера 38; впускное окно 39 камеры 38; золотник 36; окна 37 золотника; верхние продувочные окна 45 цилиндра; продувочный нагнетатель 40. На фиг.10 - нижнее продувочное окно 13 в стенке 5. На фиг.11 - цилиндр 21 компрессора; поршень 22 цилиндра 21; свеча 34 зажигания; впускные окна 25 компрессора; выпускные окна 41 компрессора; камера впуска 30 компрессора; впускное окно 31 камеры 30; камера впуска 42 высокого давления; впускные окна 43 золотника 36. На фиг.12 - цилиндр 46 двухстороннего действия; поршень 47 цилиндра 46; п