ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
TWO-STROKE DIESEL ENGINE

Настоящее изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на транспортных средствах и в энергетике.
Известен четырехтактный дизельный двигатель, содержащий балки, фундаментальную раму, блок цилиндров, крышку цилиндров с форсунками и клапанами, кривошипно-шатунный механизм с поршнями, вставленными в цилиндры, маховик, системы питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления (С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин, Устройство подводных лодок, М., Воениздат, 1973, с.232-234, рис.96).
Недостатками известного четырехтактного дизельного двигателя являются: большой расход топлива, большая вибрация при работе кривошипно-шатунного механизма, большие тепловые потери, трудность запуска при отрицательных температурах воздуха, потери мощности на трение.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя, а также наличием кривошипно-шатунного механизма и работой в четырехтактном режиме.
Известен также двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, блок-картерную фундаментальную раму, поддон, крышку цилиндров с форсунками и клапанами, коленчатый вал, шатуны, поршни, вставленные в цилиндры, имеющие продувочные окна, ротационную воздуходувку, маховик, системы питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления (там же, с.236-241, рис.99).
Двухтактный дизельный двигатель, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного двухтактного дизельного двигателя, принятого за прототип, являются: большой расход топлива, вибрация при работе кривошипно-шатунного механизма, большой вес, большие тепловые потери, недостаточная мощность.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя, малым полезным ходом поршня из-за наличия выпускных и продувочных окон, расходом части мощности на привод ротационной воздуходувки.
Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик и упрощение конструкции дизельного двигателя.
Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что блок цилиндров, поршни, шатуны и коленчатый вал заменены двухцилиндровым блоком, закрытым верхней и нижней крышками, в каждой из которых установлены форсунки, соединенные трубопроводами с насосом высокого давления, и выпускные клапаны, кинематически связанные с газораспределительными механизмами, а пневматически соединенные с выпускным коллектором, кроме того, каждый цилиндр имеет в средней части два ряда впускных окон, соединенных с впускным коллектором, между которыми выполнены сквозные отверстия, расположенные соосно, поршнями, вставленными внутрь цилиндров, одинаковыми по конструкции и движущимися во встречных направлениях, каждый из которых делит внутреннее пространство цилиндра на две камеры сгорания и содержит цилиндрический пустотелый корпус с элементами уплотнения, имеющий два продольных сквозных паза, расположенных соосно, закрытый с обеих торцевых сторон крышками, механизмом преобразования прямолинейного движения во вращательное, состоящим из двух одинаковых по конструкции механизмов и размещенных внутри поршней, каждый из которых представляет собой рамку, прикрепленную болтами к крышкам поршня, имеющую две внутренние зубчатые рейки, симметрично расположенные одна напротив другой и взаимодействующие с зубчатой шестерней, имеющей зубья на половине наружной поверхности, вставленной внутрь рамки и удерживающейся в ней за счет двух дисков, привернутых к ее боковым поверхностям с возможностью перемещения рамки относительно шестерни, прямолинейным валом четырехугольного сечения, пропущенным через отверстия цилиндров, продольные пазы поршней и отверстия шестерен, закрепленным в подшипниках блока цилиндров, имеющим в передней части маховик, зубчатый конец которого взаимодействует с зубчатой шестерней стартера при выпуске, а также имеет шестерни привода вспомогательных механизмов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид двухцилиндрового дизельного двигателя, на фигуре 2 - вид спереди на дизельный двигатель, на фигуре 3 - принципиальная схема дизельного двигателя, на фигуре 4 - кинематическая схема дизельного двигателя, на фигуре 5 - общий вид поршня, на фигуре 6 - вид на поршень сверху, на фигуре 7 - продольный разрез поршня с механизмом преобразования прямолинейного движения во вращательное, на фигуре 8 - вид на зубчатую рамку сбоку, на фигуре 9 - вид сбоку на шестерню поршня, на фигуре 10 - вид на шестерню поршня при одном снятом диске, на фигурах 11, 12, 13 - схема принципа действия двухтактного дизельного двигателя.
Двухцилиндровый двухтактный дизельный двигатель содержит блок цилиндров 1 с рубашкой охлаждения 2 с опорами 3 для крепления. Блок цилиндров закрыт верхней 4 и нижней 5 крышками, имеющими форсунки 6, соединенные посредством трубопроводов с насосом высокого давления 7, приводимым в движение шестернями 8, 9, и выпускные клапаны 10, установленные в выпускных трубах, соединенных с выпускным коллектором 11. Выпускные клапаны кинематически связаны с газораспределительными валами 12, приводимыми в движение шестернями 13, 14 и цепным приводом 15. Каждый цилиндр имеет два ряда впускных окон 16, пневматически соединенных с выходным патрубком воздушного нагнетателя 17, имеющего на валу шестерню 18, которая связана с шестерней 19 генератора постоянного тока 20 и шестерней вала 21 двигателя. Между впускными окнами цилиндры имеют отверстия для прохода вала двигателя. Внутрь цилиндров вставлены поршни 22, одинаковые по конструкции, каждый из которых делит внутреннюю полость цилиндра на две камеры сгорания: верхнюю 23 и нижнюю 24. Каждый поршень содержит цилиндрический пустотелый корпус 25 с элементами уплотнения 26, имеющий два продольных сквозных паза 27, расположенных один напротив другого. Поршень закрыт с обеих торцевых сторон крышками 28. Внутри каждого из поршней размещен механизм преобразования прямолинейного движения во вращательное. Он содержит рамку 29, привернутую болтами к верхней и нижней крышкам и имеющую две внутренние зубчатые рейки 30, симметрично расположенные одна напротив другой и взаимодействующие с зубчатой шестерней 32, имеющей зубья на половине наружной поверхности, размещенной внутри рамки и удерживающейся там посредством двух дисков 32, болтами привернутых к ее боковым поверхностям, имеющим диаметр больше диаметра шестерни. Между дисками и рамкой имеется зазор, который обеспечивает свободное перемещение рамки относительно неподвижной шестерни. (О механизме преобразования прямолинейного движения во вращательное см. И.И.Артоболевский, Механизмы в современной технике, т.4, изд. 2, М., Наука, Гл. ред. физико-математической литературы, 1980, с.35, №2177.)
Вал двигателя четырехугольного сечения вставлен в отверстия цилиндров, продольные сквозные пазы поршней и в отверстия зубчатых шестерен, закрепленных на нем. Вал имеет маховик 33 с зубчатым венцом, входящим в зацепление с шестерней 34 стартера 35 при запуске, а также имеет шестерни 36, 37, входящие в зацепление с шестернями 38, 39, 40 привода топливного, водяного и масляного насосов 41, 42, 43. В верхней части дизельного двигателя установлен воздушный фильтр 44, а сбоку прикреплен масляный фильтр 45.
Работа двухтактного дизельного двигателя
После проверки исправности дизельного двигателя включается статор 35, который через шестерню 34, зубчатый венец маховика 33 прокручивает вал 21 и запускает двигатель, который работает следующим образом.
В исходном положении (фиг.11) поршень 25 находится в нижней мертвой точке. При этом в верхней камере сгорания 23 открылись впускные окна 16 и выпускной клапан 10. Воздух от нагнетателя 17 через впускные окна поступает внутрь цилиндра, вытесняя отработанные газы в выпускную трубу и наполняя камеру сгорания чистым воздухом. В это же время в нижней камере сгорания 24 произошло сжатие воздуха и через форсунку 6 впрыскивается топливо, которое сразу же воспламеняется. Образовавшиеся газы давят на поршень 25, который движется вверх (на фигуре 12 показано стрелкой), и левая зубчатая рейка 30 поворачивает зубчатую шестерню 31, а вместе с ней и вал 21 двигателя в направлении, показанном стрелкой. Одновременно в верхней камере сгорания 23 закрылся выпускной клапан 10, закрылись впускные окна 16 и происходит сжатие воздуха. Как только поршень 25 достиг верхней мертвой точки, закончился процесс сжатия воздуха в верхней камере сгорания 23, впрыскивается топливо и под действием возникших от сгорания топлива газов поршень 25 начинает двигаться вниз. Шестерня 31 выходит из зацепления с левой зубчатой рейкой 30 рамки 29 и входит в зацепление с правой зубчатой рейкой (фиг.13). В нижней камере сгорания 24 в момент достижения поршнем 25 верхней мертвой точки открылись впускные окна 16 и выпускной клапан 10. Происходит удаление отработанных газов и заполнение камеры сгорания чистым воздухом. Как только поршень 25, двигаясь вниз, закроет впускные окна 16 и закроется выпускной клапан 10, начнется сжатие воздуха, а когда поршень займет положение, показанное на фигуре 11, начнется все сначала. Работа остальных систем двигателя и управление им ничем не отличаются от работы других дизельных двигателей.
Положительный эффект: больший КПД, меньше вибрации, так как поршни уравновешивают друг друга, простота изготовления, меньший вес двигателя.