Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B25/10 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к конструированию двигателей с керамическими деталями, с принудительным воздушным охлаждением поршней, и может быть применено в приводах мобильных машин и стационарных промышленных установок.

Известен двигатель внутреннего сгорания с двумя соосными цилиндрами и разме- щенными в нем первым и вторым поршнями, камерами сгорания и сжатия, с основным впускным каналом и продувочными полостями, сообщенными с впускным каналом и через перепускной канал с выпускными окнами внутреннего цилиндра

1.

Недостатком известного двигателя является то, что при подаче воздуха в рабочую камеру внутреннего цилиндра воздух не

участвует в его охлаждении, что ведет в ходе осуществления рабочего цикла к накоплению тепла и увеличению тепловой напряженности конструкции двигателя.

Цель изобретения - снижение тепловой напряженности.

Это достигается тем, что между головкой и цилиндром двигателя установлен керамический моноблок, выполненный в виде стакана с диаметром меньше диаметра цилиндра, головка выполнена заодно с моноблоком в виде дна его стакана, диаметр первого поршня равен диаметру цилиндра, диаметр второго поршня равен диаметру керамического моноблока, камера сгорания расположена в керамическом моноблоке между днищем поршня и головкой, поршень снабжен со стороны камеры сгорания керамической головкой, со стороны камеры ежаVI

О

о

со ю

тич копьцевым рыступом, равным диаметру первого поршня, а между кольцевым выступом и стенкой цилиндра выполнена камера забора воздуха.

При этом керамический моноблок выполнен по меньшей мере из трехслойной циркониевой керамики с разной плотностью, в стыке между цилиндром и моноблоком установлена опорная консольная головка с кольцедержателем и уплотнитель- ными элементами, контактирующими с вторым поршнем, а на уровне впускных-выпускных органов на внутренней поверхности стенки моноблока выполнена газораспределительная канавка, керамический моноблок снабжен металлическими кольцами.

На фиг.1 изображен двигатель, разрез; на фиг.2 - поршень с кольцевым выступом; на фиг 3 - камера забора воздуха.

Двигатель содержит цилиндр 1, состоящий из верхнего керамического моноблока 2 и нижнего металлического блока 3, соединенных через теплостойкую прокладку 4 связями 5.

Верхний моноблок 2 включает рабочий цилиндр 6, выполненный по крайней мере из трехслойной циркониевой керамики с внутренним плотным слоем 7, промежуточным пористым слоем 8 и наружным плотным слоем 9 с гофрированной поверхностью 10.

В головке 11 блока 2 выполнены отверстия для топливной форсунки 12 и запальной свечи 13. В стенках цилиндра 6 выполнены окна 14 для прохода газов и кольцевая распределительная канавка 15.

Нижний металлический б юк 3 включает рабочий цилиндр 16, соосныи верхнему цилиндру 6, Диаметр цилиндра 16 больше диаметра цилиндра 6.

На стыке цилиндра 16 и цилиндра 6 устроена опорная консольная головка 17 с кольцедержатеяем 18. В кольцедержателе 18 цилиндра 16 выполнены канавки 19 для кольцевых уплотнений 20.

В цилиндре 6 моноблока 2 установлен с зазором поршень 21, головка 22 которого выполнена из циркониевой керамики и смонтирована на силовой металлической вставке 23. Головка 22 и силовая вставка 23 закреплены на металлическом цилиндрическом корпусе 24 поршня 21. На торцевой поверхности нижней части поршня 21 выполнен поршневой кольцевой выступ 25 с кольцедержателем 26, в котором установлены уплотнительные элементы 27 и мзслось- емные кольца 28, контактирующие с внутренней поверхностью 29 стенок цилиндра 16.

Поршень 21. смонтирован на полом трубчатом штоке 30.

В цилиндре 16 блока 3 кроме поршневого кольцевого выступа 25 размещен пор- шень 31, смонтированный на штоке 32.

Внутри штока 32 и через поршень 31 пропущен со скольжением шток 30. Поршень 31 снабжен уплотнительными элементами 33, установленными в канавках 34. В цилиндре 16 на уровне нижней мертвой точки головки поршня 31 устроены окна 35 забора воздуха, соединенные трубопроводом с фильтром воздуха (не показан). Пор- шень 31 снабжен дополнительными уплотнительными элементами 36, контактирующими со штоком 32.

Рабочий объем, ограниченный стенками моноблока 2 и поршневой головкой 22, при положении порлтя 21 в.в.м.т. образуют камеру 37 сгорания двигателя.

Рабочий объем, ограниченный стенками цилиндра 16, головкой поршня 31 и нижней поверхностью поршня 21, образуют камеру 38 сжатия.

Камеры сгорания 37 и сжатия 38 соединены между собой перепускными трубками 39, проходящими через подогреватель 40.

В верхней части стенок цилиндра 16 под опорной консольной головкой 17 выполйены проточные отверстия 41 камеры 42 забора воздуха, соединенные трубопроводом с фильтром воздуха.

На выходе окон 14 в коллектор 43 установлен золотник 44 системы газораспреде-- ления, имеющий сегментные выемки 45 впуска и выпуска 46 газов. Каналы впуска и выпуска разделены перегородкой 47, размещенной в подогревателе 40.

Шток 30 поршня 21 и шток 32 поршня

31 соединены с ромбическим механизмом 48, размещенным внутри поддона 49. Ромбический ме анизм 48 включает приивод- ные коленчатые валы 50 и 51, соединенные с парными -ривошипами 52 и 53. Штоки 30

и 32 соединены шарнирно через хомуты 54 и 55 с парными кривошипами 52 и 53.

В поршне 21 выполнены отверстия 56, проходящие в стенках 57 поршня 21, отверстие 58 - внутри корпуса 24, отверстие 59 в силовой вставке 23, отверстие 60 - в керамической головке 22, отверстие 61 - в штоке 30.

Связь 5 соединяет блок 3 и распределительную плиту 62 и содержит анкерные

болты 63 и трубки 64 для ограничения давления затяжки.,

Под распределительной плитой 62 уложена прокладка 65 на гребки 66 и 67, образующие каналы 68 охлаждения головки 11.

Плита 62 имеет гнезда с отверстиями 69 и 70 для закрепления форсунки 12 и свечи 13. На гребнях 71 гофров 10 цилиндра 6 насажены металлические кольца 72. Металлический цилиндр 16 снабжен оребрением 73.

Двигатель снабжен масленым насосом 74 и системой смазки (не показана). В поддоне 49 установлен патрубок 75 с выпускными окнами 76.

Двигатель работает следующим образом.

При движении поршня 21 из нижней мертвой точки в верхнюю через приточные окна 35 в полость цилиндра 16 поступает очередной заряд воздуха и одновременно поршень 21 вытесняет отработанный газ из .полости цилиндра 6 через золотники 44. Выполняются параллельно два рабочих цикла - впуск и выпуск. При дальнейшем повороте коленчатых валов 50 и 51 с помощью поршня 31 производится сжатие свежего воздушного заряда. После перемещения поршня 31 в высшую мертвую точку поршень 21 с помощью ромбического механизма 48 и штока 30 перемещается в направлении поршня 31, вытесняя сжатый воздух по перепускным трубкам 39 через золотник 44 в камеру 37 сгорания.

После поворота золотников 44 на закрытие окон 14 в камеру 37 сгорания топливной форсункой 12 впрыскивается топливо вблизи свечи 13, вызывающей воспламенение смеси. Происходит рабочий процесс расширения - рабочий ход обоих поршней 21 и 31, вызывающий через штоки 30 и 32 и ромбический механизм 48 вращение коленчатых валов 50 и 51.

При движении поршня 21 в нижнюю мертвую точку его стенки снаружи охлаждаются холодным воздухом, поступающим в камеру 42 забора воздуха через отверстия 41, имеющие односторонний клапан (не показан).

При движении поршня 21 в верхнюю мертвую точку отверстие 41 перекрывается клапаном и воздух из камеры 42 через отверстия 56 и 58-61 поступает во внутреннюю полость поршня 21, охлаждая корпус 24 и керамическую головку 22.

После достижения поршнями 21 и 31 нижней мертвой точки цикл работы двигателя повторяется.

Уменьшение температурных воздействий на металлические детали двигателя за счет разделения камер сжатия и сгорания с выделением последней в керамический моноблок, совмещение протекания рабочих процессов с процессом принудительного

воздушного охлаждения теплоньпряжен- ных деталей позволяет снизить тепловую напряженность деталей двигателя при уменьшении передачи тепла в систему ох- лаждения.

Формула изобретения

1.Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в, нем первым и вторым

поршнями, камеры сгорания и сжатия, образованные днищами поршней, впускные и выпускные органы, размещенные в стенке цилиндра, форсунку и свечу зажигания, установленные в головке, отличающийс я тем, что, с целью снижения тепловой напряженности, между головкой и цилиндром установлен керамический моноблок, выполненный в виде стакана с диаметром меньше диаметра цилиндра, головка выполнена заодно с моноблоком в виде дна его стакана, диаметр первого поршня равен диаметру цилиндра, диаметр второго поршня равен диаметру керамического моноблока, камера сгорания расположена в керамическом моноблоке между днищем второго поршня и головкой, поршень снабжен со стороны камеры сгорания керамической головкой, со стороны камеры сжятич - кольцевым выступом, равным диаметру первого

поршня, а между кольцевым выступом и стенкой цилиндра выполнена камера забора воздуха.

2.Двигатель по п.1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что керамический моноблок выполнен по меньшей мере из трехслойной керамики с разной плотностью.

3.Двигатель ло пп.1 и 2, о т л и ч a tout и и с я тем, что керамический моноблок

выполнен из керамики на основе циркония.

4.Двигатель по пп,1-3, отличающийся тем, что в стыке между цилиндром и моноблоком установлена опорная консольная головка с кольцедержателем и уплотнительными элементами, контактирующими с вторым поршнем.

5.Двигатель по пп.1-4, отличающийся тем, что кольцевой выступ снабжен дополнительным кольцедержателем с уплотнительными элементами, размещенными в цилиндре.

6.Двигатель по пп.1-5, отличающийся тем, что керамический моноблок снабжен металлическими кольцами.

7, Двигатель по пп.1-6, отличающийся тем, что на внутренней поверхности моноблока выполнена газораспределительная канавка на уровне впускных-выпускных органов.

55

49

V

5М8Л

риг.3

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к двигателям с керамическими деталями, с принудительным воздушным охлаждением, и может быть использовано в приводах мобильных машин и стационарных промышленных установок. В двигателе между головкой и цилиндром установлен керамический моноблок, выполненный в виде стакана с диаметром меньше диаметра цилиндра Головка выполнена заодно с моноблоком в виде дна его стакана, диаметр первого поршня равен диаметру цилиндра, диаметр второго поршня равен диаметру керамического моноблока. Камера сгорания расположена в керамическом моноблоке между днищем второго поршня и головкой. Второй поршень снабжен со стороны камеры сгорания керамической го- ловкой, со стороны камеры сжатия - кольцевым выступом, равным диаметру первого поршня, а между кольцевым выступом и стенкой цилиндра выполнена камера забора воздуха. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. ел