Поршневой двигатель

 

Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр 1, установленный в нем поршень 2, соединенный при помощи пальца 18 с шатуном 19, два поршневых кольца 3, 4, размещенных в канавках на боковой поверхности поршня, перегородки, соединяющие кольца 3, 4, образуя газовую камеру и газовый канал, сообщающий камеру 6 сгорания двигателя с газовой камерой. 13 з. п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к поршневым двигателям, таким как бензиновые и дизели.

Известен поршневой двигатель, содержащий цилиндр, установленный в нем поршень, соединенный при помощи пальца с шатуном и снабженный первым и вторым поршневыми кольцами, размещенными в канавках на боковой поверхности поршня, и газовую камеру, расположенную между внутренней поверхностью цилиндра, боковой поверхностью поршня и первым и вторым кольцами, причем первое кольцо расположено со стороны днища поршня, ограничивающего камеру сгорания.

Однако в известном двигателе наблюдается большое трение скольжения между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня.

Цель изобретения снизить трение скольжения между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня при перемещении последнего.

Цель достигается тем, что поршневой двигатель, содержащий цилиндр, установленный в нем поршень, соединенный при помощи пальца с шатуном и снабженный первым и вторым поршневыми кольцами, размещенными в канавках на боковой поверхности поршня, и газовую камеру, расположенную между внутренней поверхностью цилиндра, боковой поверхностью поршня и первым и вторым кольцами, причем первое кольцо расположено со стороны днища поршня, ограничивающего камеру сгорания, выполнен с первым соединительным каналом, сообщающим камеру сгорания двигателя с газовой камерой. Первое и второе кольца могут быть расположены не параллельно между собой. Первое кольцо может быть расположено параллельно днищу поршня, а второе наклонно относительно первого. Поршень может быть снабжен перегородками, соединяющими первое и второе кольца. Первое и второе кольца расположены на боковой поверхности поршня параллельно его днищу.

Газовая камера разделена при помощи перегородок на две полукольцевые камеры, а камера сгорания сообщена через соединительный канал с одной из полукольцевых камер.

Двигатель имеет второй соединительный канал, сообщающий камеру сгорания с другой полукольцевой камерой. Камера сгорания сообщена с газовой камерой первым соединительным каналом при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала от 0 до 20^о от верхней мертвой точки. Первый соединительный канал имеет максимальное проходное сечение при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала 10^о от верхней мертвой точки. Первый соединительный канал имеет минимальное проходное сечение при положении поршня в верхней мертвой точке. Первый соединительный канал выполнен с возможностью отсоединения камеры сгорания при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала, превышающем 20^о от верхней мертвой точки. Первый или второй соединительный канал образован зазором между свободными торцами первого кольца. Первый или второй соединительный канал выполнен в виде сквозного сверления на поршне или вогнутого или сферического углубления на внутренней поверхности цилиндра. Ось пальца может быть смещена относительно оси поршня.

На фиг.1 изображен предпочтительный вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг. 2 поршень по варианту на фиг.1, вид справа и сбоку; на фиг.3 показано поршневое кольцо по варианту на фиг.1, вид сверху; на фиг.4 изображен поршень по варианту на фиг.1 с частичным разрезом; на фиг.5 поршень по другому варианту изобретения с частичным разрезом; на фиг.6 еще один вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.7 вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.8 вариант, показанный на фиг.7, вид сверху и в разрезе; на фиг.9 пятый вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.10 вариант, показанный на фиг.9, вид сверху и в разрезе; на фиг.11 шестой вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.12 седьмой вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг. 13 восьмой вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.14 девятый вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.15 десятый вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.16 одиннадцатый вариант поршневого двигателя в разрезе; на фиг.17 разрез А-А на фиг.16; на фиг.18 и 19 показана работа поршневого двигателя по фиг.16.

На фиг.1-4 видно, что поршневые 3, 4 и маслосъемные 5 кольца посажены в канавки, выполненные в верхней части боковой поверхности поршня 2, расположенного в цилиндре 1. Поршневые кольца 3 и 4 расположены с большим, чем обычно, интервалом между ними. Кольцевое пространство 8 между верхним поршневым кольцом 3, расположенным около верхней поверхности 7 поршня 2, ограничивающей камеру 6 сгорания, и другим поршневым кольцом 4, расположенным по соседству с указанным верхним кольцом, герметично разделено на полукольцевое пространство 11 на стороне давления поршня и полукольцевое пространство 12 на стороне, противоположной стороне давления, перегородками 9 и 10, расположенными между поршневыми кольцами 3 и 4. Соответствующие ограничивающие элементы 9 и 10 с использованием пружины посажены в канавки 13, выполненные в боковой поверхности поршня 2, и соприкасаются с внутренней поверхностью 14 боковой стенки цилиндра так, что могут совершать скользящее перемещение под действием силы упругости пружины. Между расположенными один против другого и с интервалом шире обычного торцами 16 и 17 поршневого кольца 3 проходит регулирующий поток газа канал 15, который обеспечивает сообщение между полукольцевым пространством 11, т.е. газовой камерой, и камерой 6 сгорания. Поршневое кольцо 3 снабжено средством удерживания от вращения, и поэтому газовый канал 15 постоянно находится на одной позиции, где происходит сообщение между камерой сгорания и полукольцевым пространством 11 через канал при возвратно-поступательном перемещении поршня. К поршню 2 посредством поршневого пальца 18 подсоединен шатун 19.

В двигателе 20 такой конструкции сжатый газ подается в полукольцевое пространство 11 через газовый канал 15 из камеры 6 сгорания при такте сжатия, когда поршень перемещается вверх и шатун 19 находится на стороне давления поршня. Сжатый газ, поданный в полукольцевое пространство 11 на стороне давления, воздействует на поршень 2, толкая его назад к стороне, противоположной стороне давления, т.е. к внутренней поверхности 22 боковой стенки цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, с преодолением сопротивления бокового давления поршня 2 в направлении внутренней поверхности 21 боковой стенки цилиндра на стороне давления через поршневые 3, 4 и маслосъемное 5 кольца. Таким образом происходит нейтрализация бокового давления поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 боковой стенки цилиндра на стороне давления поршня через поршневые 3, 4 и маслосъемное 5 кольца, бокового давления, полученного при такте сжатия, в результате чего поршень 2 перемещается вверх в состояние, при котором достаточно снижено сопротивление трения скольжения между поршнем и внутренней поверхностью 21 цилиндра на стороне давления поршня.

С другой стороны, при рабочем ходе, когда поршень 2 перемещается вниз, а шатун находится на стороне, противоположной стороне давления, отработавшие газы под высоким давлением с некоторым запаздыванием направляются в полукольцевое пространство 11 через газовый канал 15. Газы под высоким давлением, поданные в полукольцевое пространство 11 на стороне давления, воздействуя на поршень 2, толкают его назад к стороне, противоположной стороне давления, т. е. к внутренней поверхности 22 боковой стенки цилиндра на стороне, противоположной стороне давления поршня, с преодолением сопротивления давления от поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления через поршневые 3, 4 и маслосъемные 5 кольца. В результате этого боковое давления поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления поршня через поршневые 3, 4 и маслосъемное 5 кольца нейтрализуется, в результате чего поршень 2 перемещается вниз в состоянии, при котором достаточно снижено сопротивление трения скольжения между поршнем 2 и внутренней поверхностью 21 цилиндра на стороне давления поршня.

Как указывалось, поршень 2 поддерживается в состоянии, при котором обеспечивается "плавучесть" стороны поршня, принимающей на себя действие бокового давления, относительно внутренней поверхности 14 боковой стенки цилиндра, особенно относительно внутренней поверхности 21 боковой стенки цилиндра на стороне давления под действием давления газов, направленных в полукольцевое пространство 11, т.е. газовую камеру. В таком "плавающем" в газе состоянии происходит перемещение поршня 2 в цилиндре 1. Следовательно, поршень 2 очень легко совершает возвратно-поступательное перемещение, так как сопротивление трения поршня 2 о внутреннюю поверхность 14 цилиндра через поршневое кольцо 3 и аналогичное средство является низким и к тому же поршень 2 не нагружен роликами или аналогичными средствами.

Поршень 2 перемещается параллельно внутренней поверхности 14 цилиндра в состоянии, при котором он постоянно отталкивается в одну сторону газом под давлением, вводимым в газовую камеру, и поэтому предотвращаются нагрев, вызываемый отклонением поршня, и т.п. а также столкновение поршня с внутренней поверхностью 14 цилиндра и т.п.

Следовательно, значительно уменьшается шум, вызываемый столкновениями подобного рода в обычных дизелях. Боковое давление поршня является малым, поскольку отклонение поршня затруднительно. Сопротивление трения поршня о внутреннюю поверхность 14 цилиндра малое, так как поршень находится в "плавающем" в газе состоянии, даже если на него воздействует боковое давление, в результате этого достигают высокой приемистости двигателя.

Поскольку в двигателе 20 функцию газового канала 15 выполняет зазор между расположенными один против другого торцами поршневого кольца 3, возможна конструкция, при которой в теле 23 поршня 2 выполнено сквозное отверстие 24, обеспечивающее сообщение между камерой 6 сгорания и полукольцевым пространством 11, в результате чего газ под давлением из камеры сгорания направляется в полукольцевое пространство 11 через отверстие 24, как показано на фиг. 5.

Как показано на фиг.6, поршневые кольца 3 и 4, а также маслосъемное кольцо 5 установлены в верхней части поршня 2, размещенного в цилиндре 1 двигателя 25. Противоположные торцы 16 и 17 поршневого кольца 3, установленного на внешней кольцевой поверхности поршня 2 параллельно верхней поверхности 7 поршня 2, ограничивающей камеру 6 сгорания, расположены на некотором расстоянии один от другого и образуют регулирующий поток газа канал 15 аналогично выше описанному случаю. Газовый канал 15 обеспечивает сообщение кольцевого пространства 8 между поршневым кольцом 3 и поршневым кольцом 4, расположенным вблизи поршневого кольца 3, с камерой 6 сгорания. В данном варианте газовая камера представлена всем кольцевым пространством 8.

Поршневое кольцо 4 установлено на боковой поверхности 26 поршня 2 наклонно к поршневому кольцу 3 так, что расстояние между поршневыми кольцами 3 и 4 постепенно увеличивается от боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления, которая представляет собой одну из колеблющихся боковых поверхностей поршня 2, к боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, составляющей другую колеблющуюся боковую поверхность, противоположную поверхности 27, другими словами расстояние D 2 больше, чем расстояние D1. Таким образом, область боковой поверхности 26 поршня 2, принимающая на себя действие давления газа, присутствующего в кольцевом пространстве 8, по площади больше на боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, чем на боковой стороне 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления.

В двигателе 25 такой конструкции при рабочем ходе поршня происходит регулирование давления газов, полученного вследствие воспламенения в камере 6 сгорания, при прохождении их через газовый канал 15, и в результате этого газ под давлением подается в кольцевое пространство 8 с задержкой по времени по сравнению с появлением газа под давлением в камере 6 сгорания. Поршень 2, включающий в себя поршневое кольцо 3 и т.п. подвергается воздействию смещенного бокового давления в кольцевом пространстве 8 и вводится в состояние "плавучести" относительно внутренней поверхности 14 боковой стенки цилиндра, особенно относительно внутренней поверхности 21 боковой стенки цилиндра на стороне давления при возвратно-поступательном перемещении. Поршень 2, обретающий под действием давления газа "плавучесть" относительно внутренней поверхности 21 цилиндра, совершает возвратно-поступательное перемещение, испытывая чрезвычайно низкое сопротивление трения, и, как указывалось выше, смещающее газовое давление в кольцевом пространстве 8 препятствует колебательным движениям поршня в направлении А вокруг поршневого пальца 18 при возвратно-поступательном перемещении поршня. В результате поршень 2 способен совершать возвратно-поступательное движение, не допуская столкновения боковой поверхности 26 на стороне давления, т.е. боковой поверхности 28 поршня, с внутренней поверхностью 21 боковой стенки цилиндра 1 на стороне давления, а также способен совершать возвратно-поступательное перемещение, испытывая чрезвычайно малое сопротивление трения, следовательно, повышается экономия топлива, расходуемого двигателем.

В представленном на фиг.7 и 8 двигателе 29 противоположные торцы 16 и 17 поршневого кольца 3 плотно приложены один к другому и не образуют между собой газового канала 15, в результате чего исключается возможность утечки газа, вводимого в смещенное кольцевое пространство 8. В этом варианте, кроме того, поршневое кольцо 4 расположено на боковой поверхности 26 поршня 2 наклонно к поршневому кольцу 3 так, что расстояние между поршневыми кольцами 3 и 4 постепенно увеличивается от боковой поверхности 27 поршня 2 на стороне, противоположной стороне давления поршня, к боковой поверхности 28 на стороне давления, противоположной боковой поверхности 27 на стороне, противоположной стороне давления, другими словами, расстояние D2 больше, чем расстояние D1. В двигателе 29 на внутренней поверхности 21 боковой стенки цилиндра, обращенной к боковой поверхности 28 поршня 2 на стороне давления, когда последний находится в положении, соответствующем 0-20^о поворота коленчатого вала, выполнено углубление 30, выполняющее функцию газового канала, обеспечивающего сообщение между кольцевым пространством 8, выполняющим функцию газовой камеры, и камерой 6 сгорания.

В двигателе 29 такой конструкции газы при давлении, полученные в результате воспламенения в камере 6 сгорания при рабочем ходе поршня, подаются в кольцевое пространство 8 через углубление 30. При возвратно-поступательном перемещении поршень 2 обретает "плавучее" состояние относительно внутренней поверхности 14 цилиндра, в частности относительно внутренней поверхности 21 цилиндра, обращенной к боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, подвергаясь воздействию смещенного бокового давления в кольцевом пространстве 8, полученного на основе подведенного газового давления. Поршень 2, обретающий под воздействием давления газов "плавучесть" относительно внутренней поверхности 21 цилиндра, совершает возвратно-поступательное перемещение, испытывая чрезвычайно малое сопротивление трения, в результате повышается экономия топлива, расходуемого двигателем.

При перемещении поршня в положение, соответствующее более чем 20^оповорота коленчатого вала, кольцевое пространство 8 и камера 6 сгорания не сообщаются друг с другом. Следовательно, давление, подаваемое в кольцевое пространство 8 через углубление 30 при воспламенении в камере 6 сгорания, когда поршень 2 находится в положении, соответствующем приблизительно 0-20^о поворота коленчатого вала, поддерживается на прежнем уровне, даже если поршень 2 перемещается в положение, соответствующее более чем 20^о поворота коленчатого вала. Поэтому поршень 2 совершает возвратно-поступательное перемещение, испытывая значительно уменьшенное сопротивление трения о внутреннюю поверхность 14 цилиндра 1 и в том случае, когда он перемещается в положение, соответствующее более чем 20^о поворота коленчатого вала.

Хотя газовый канал, образуемый углублением 30, может располагаться в любом месте на внутренней поверхности 14 цилиндра, однако его предпочтительнее выполнять на внутренней поверхности 21 цилиндра, обращенной к стороне давления поршня 2, как в случае рассматриваемого варианта. Кроме того, хотя газовый канал в двигателе 29 проходит по углублению 30, он также может представлять собой сквозное отверстие, выполняемое во внутренней поверхности 14 цилиндра. Такое отверстие или углубление, выполняющее функцию газового канала, может быть одиночным.

В другом случае возможно выполнение нескольких углублений или отверстий на внутренней поверхности 14 цилиндра в точках, смещенных относительно друг друга по окружности, или по направлению возвратно-поступательного перемещения поршня 2, или в одной и той же позиции.

Углубление 30 может быть полусферическим 31, как показано на фиг.9 и 10. Наряду с тем, что двигатель 32 работает аналогично двигателю 29, он также обладает способностью снижать вероятность блокирования газового канала частицами нагара, так как газовый канал, обеспечивающий сообщение между кольцевым пространством 8, т.е. газовой камерой, и камерой 6 сгорания, представляет собой полусферическое углубление 31, выполненное на внутренней поверхности 14 цилиндра.

На фиг.11 представлен еще один вариант поршневого двигателя. В двигателе 33 поршневое кольцо 3, установленное вблизи верхней поверхности 7 поршня 2, ограничивающей камеру 6 сгорания, расположено на боковой поверхности 26 поршня 2 наклонно к верхней поверхности 7 поршня так, что расстояние между кольцом 3 и верхней поверхностью 7 поршня 2 постепенно увеличивается от боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления поршня, к боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, противоположной боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления, другими словами расстояние D2 больше, чем расстояние D1. Следовательно, в данном варианте кольцевое пространство 34, расположенное между боковой поверхностью 26 поршня 2 и внутренней поверхностью 14 цилиндра 1 и между верхней поверхностью 7 поршня 2, ограничивающей камеру сгорания, и поршневым кольцом 3 вблизи камеры сгорания, выполнено как смещенное пространство. В данном варианте поршневое кольцо 4, установленное рядом с поршневым кольцом 3, расположено на боковой поверхности 26 поршня 2 параллельно поршневому кольцу 3 и наклонно к верхней поверхности 7 поршня 2.

Поршневой палец 18 так подсоединен к поршню 2, что его ось 35 смещена на расстояние D3 от оси 36 поршня к боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления. В результате этого палец совершает колебательное движение в направлении А относительно оси 35 при возвратно-поступательном перемещении поршня 2.

В двигателе 33 такой конструкции сжатый газ, образовавшийся в результате воспламенения в камере 6 сгорания при рабочем ходе поршня, также направляется в кольцевое смещенное пространство 34, являющееся кольцевой газовой камерой. Поршень 2 обретает "плавучесть" относительно внутренней поверхности 14 цилиндра, особенно относительно внутренней поверхности 21 цилиндра на стороне давления при возвратно-поступательном перемещении поршня, подвергаясь воздействию смещенного бокового давления в пространстве 34, полученного на основе введенного газа под давлением. Поршень 2, обретающий под действием давления газа состояние "плавучести" относительно внутренней поверхности 21 цилиндра, совершает возвратно-поступательное перемещение, испытывая чрезвычайно малое сопротивление трения, в результате повышается экономия топлива.

Поршень 2, подвергаемый в своей верхней части воздействию смещенного бокового давления газа в пространстве 34, получает момент вращения (колебания) против часовой стрелки (фиг.11). В двигателе 33, в котором поршневой палец 18 соединен с поршнем 2 так, что его ось 35 смещена на расстояние D3 от оси 36 поршня в сторону боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления поршня, момент вращения по часовой стрелке, получаемый в результате воздействия реактивной силы на шатун 19 в направлении, противоположном направлению момента вращения (колебания) против часовой стрелки на фиг. 11, будет большим по сравнению с двигателем, в котором поршневой палец 18 соединен с поршнем 2 так, что его ось не смещена от оси 36 поршня 2, другими словами его ось совмещается с осью 36 поршня 2. Таким образом, момент вращения (колебания) против часовой стрелки, получаемый под действием смещенного бокового давления газа в пространстве 34, совершенно исключается и в связи с этим предотвращается столкновение верха 37 боковой поверхности 27 поршня с внутренней поверхностью 14 цилиндра. В результате этого исключается вероятность возникновения такого нежелательного явления, как задир.

Если в двигателе 33 поршневое кольцо 4 расположено на боковой поверхности 26 поршня 2 параллельно поршневому кольцу 3 и наклонно к верхней поверхности 7 поршня 2, то в двигателе 38, представленном на фиг.12, поршневое кольцо 4 располагается параллельно верхней поверхности 7 поршня 2 на боковой поверхности 26 поршня, так же, как и маслосъемное кольцо 5.

На фиг. 13 двигатель 39 выполняется таким, что поршневое кольцо 4 в нем расположено на боковой поверхности 26 поршня 2 наклонно к поршневому кольцу 3, в результате чего расстояние между поршневыми кольцами 3 и 4 постепенно увеличивается от боковой поверхности 27 поршня 2 на стороне, противоположной стороне давления, к боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, противоположной боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления, другими словами расстояние D2 больше, чем расстояние D1. Отсюда смещенное пространство 8, т.е. кольцевую газовую камеру, получают таким, что область боковой поверхности 26 поршня, принимающая на себя действие давления газа, больше в зоне боковой поверхности 28 поршня на стороне давления, чем в зоне боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления. При этом газовый канал 15 представляет собой зазор между расположенными один против другого с некоторым интервалом торцами поршневого кольца 3, установленного на боковой поверхности 26 поршня 2 параллельно верхней поверхности 7 поршня, ограничивающей камеру 6 сгорания, обеспечивая подачу газа в смещенное кольцевое пространство 8 через канал 15 для прохода газа, и поршневой палец 18 соединен с поршнем 2 так, что ось 35 смещена на расстояние D3 от оси 36 поршня 2 к боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления поршня.

В двигателе 39 на фиг.13 газы под давлением, образовавшиеся в результате воспламенения рабочей смеси в камере 6 сгорания при рабочем ходе поршня, также направляются в сужающееся пространство 8 через газовый канал 15. Поршень 2 при своем возвратно-поступательном перемещении находится в состоянии "плавучести" относительно внутренней поверхности 14 цилиндра, особенно относительно внутренней поверхности 21 цилиндра на стороне давления поршня благодаря действию смещаемого бокового давления. Кроме того, в двигателе 39, в котором поршень 2 давлением газа удерживается в состоянии "плавучести" относительно внутренней поверхности 21 цилиндра, испытывая при перемещении чрезвычайно слабое сопротивление трения скольжения, и в котором поршневой палец так соединен с поршнем 2, что его ось 35 смещена на расстояние D3 от оси 36 поршня 32 к боковой поверхности 27 поршня на стороне, противоположной стороне давления, вращательный момент по часовой стрелке (колебательный момент) больше, чем вращательный (колебательный) момент против часовой стрелки, обратный вращательному моменту по часовой стрелке на фиг.13, по сравнению с двигателем, в котором поршневой палец 18 соединен с поршнем 2 так, что ось последнего совпадает с осью поршня.

Таким образом, момент вращения (колебания) против часовой стрелки, получаемый в результате действия смещенного бокового давления в пространстве 8, совершенно исключается, так же как и полностью предотвращается столкновение верха 37 поршня с внутренней поверхностью 14 цилиндра, в результате чего исключается возможность возникновения такой нежелательной ситуации, как задир.

Если в двигателе 39 на фиг.13 газовый канал 15 представляет собой зазор между расположенными один против другого с некоторым интервалом торцами поршневого кольца 3, то в двигателе 40, представленном на фиг.14, как и в двигателях 29 и 32 соответственно на фиг. 7 и 9, противоположные торцы поршневого кольца 3 плотно примкнуты друг к другу и в качестве газового канала во внутренней поверхности 14 цилиндра 1 выполнено углубление 30 или 31, а поршневой палец 18 эксцентрично соединен с поршнем 2, как и в случае, описанном выше. В данном случае, если количество, конфигурацию и место расположения углубления 30 или 31 подбирают так, что сужающееся пространство 8 и камера 6 сгорания сообщаются между собой с максимальным раскрытием канала сообщения при 10^о поворота коленчатого вала, что они не сообщаются совсем или сообщаются при минимальном раскрытии канала сообщения при расположении поршня в верхней мертвой точке и что сообщение между ними полностью исключается при более чем 20^о поворота коленчатого вала, давление газов из камеры 6 сгорания используется полезно и поршень 2 обретет состояние достаточной "плавучести" относительно внутренней поверхности 14 цилиндра.

Если в двигателях 33, 38, 39 и 40 одно из поршневых колец 3 и 4 установлено наклонно для образования сужающегося пространства 8, то в конструкции, представленной на фиг. 15, а также в двигателе 20 на фиг.1 поршневые кольца устанавливаются параллельно верхней поверхности 7 и перегораживающие элементы 9 и 10, делящие кольцевое пространство 8 между поршневыми кольцами 3 и 4 на два по- лукольцевых пространства 11 и 12, располагаются между поршневыми кольцами 3 и 4 так, что в пространстве 8 между поршневыми кольцами 3 и 4 образуется сужающееся пространство, выполняющее функцию газовой камеры, причем полукольцевое пространство 11 сообщается с камерой 6 сгорания через газовый канал 15. Следовательно, двигатель 41, показанный на фиг.15, работает аналогично двигателям 33, 38, 39 и 40.

Эксцентриситет поршневого пальца 18 подбирают такой величины, которая делает его способным должным образом исключить возможность поворачивания поршня 2 под действием давления газов в газовой камере. В предпочтительном варианте эта величина колеблется в пределах приблизительно 0,5-2,7 мм для поршня диаметром 80 мм.

В двигателе 33 и т.п. где поршневой палец 18, соединяющий шатун 19 с поршнем 2, эксцентрично смещен относительно оси поршня к стороне, противоположной стороне давления, момент вращения поршня 2, вызываемый реактивной силой шатуна 19, больше, чем момент, вращающий поршень в противоположном направлении действием давления газа в газовой камере.

На фиг. 13-15 представлены варианты, в которых газовым каналом 15 служит либо зазор между противоположными торцами поршневого кольца, либо углубление. Однако изобретение не ограничивается только этими вариантами. Углубление или сквозное отверстие может выполняться в качестве газового канала по меньшей мере либо в поршне 2, либо поршневом кольце 3, либо цилиндре 1.

В вариантах, имеющих газовый канал, газы под давлением, образовавшиеся в результате воспламенения рабочей смеси в камере 6 сгорания, могут направляться в газовую камеру с соответствующей задержкой по времени. Следовательно, еще более уменьшается вращение (колебание) поршня 2, а также его проскальзывание по внутренней поверхности 14 цилиндра 1.

На фиг.16 и 17 поршневые кольца 3 и 4 в двигателе 42 расположены с более широким промежуточным интервалом между ними (как и в двигателе 20), чем обычно. В двигателе 42 первый газовый канал 43, связывающий полукольцевое пространство 11 на стороне давления поршня с камерой 6 сгорания, когда поршень находится в зоне верхней мертвой точки, выполнен на внутренней поверхности 21 боковой стенки в виде полусферической выемки. Газовый канал 43 обеспечивает сообщение между полукольцевым пространством 11 и камерой 6 сгорания, когда поршень 2 находится в некотором положении в течение 0-20^о поворота коленчатого вала, и он связывает полукольцевое пространство 11 с камерой 6 сгорания при максимальном раскрытии канала сообщения, когда поршень 2 находится в положении, соответствующем приблизительно 10^о поворота коленчатого вала.

Второй газовый канал 44, связывающий полукольцевое пространство 12 с камерой 6 сгорания, представлен зазором между противоположными торцами 16 и 17 поршневого кольца 3, расположенными с более широким, чем обычно, интервалом, как в случае двигателя 20 и т.п. Величина зазора может, например, составлять приблизительно 0,6 мм.

В двигателе 42 такой конструкции сжатый газ из камеры 6 сгорания подается в полукольцевое пространство 12 через газовый канал 44 при такте сжатия, когда поршень 2 перемещается вверх, т.е. в направлении В, и шатун 19 находится на стороне давления, как показано на фиг.18. Сжатый газ, введенный в полукольцевое пространство 12 на стороне, противоположной стороне давления поршня, воздействует на поршень 2, толкая его назад в направлении стороны давления, т. е. к внутренней поверхности 21 цилиндра на стороне давления против давления поршня 2 на внутреннюю поверхность 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5.

Таким образом, при такте сжатия поршень 2 перемещается в направлении В в состоянии, при котором нейтрализуется боковое давление поршня на внутреннюю поверхность 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5, в результате чего достаточно снижается сопротивление трения скольжения поршня о внутреннюю поверхность 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления. При такте сжатия, когда поршень 2 находится в положении, соответствующем приблизительно 0-20^о поворота коленчатого вала, камера 6 сгорания и полукольцевое пространство 11 сообщаются между собой посредством газового канала 43, в результате чего сжатый газ подается в кольцевое пространство 11. Однако такое введение газа приводит к незначительному уменьшению сопротивления трения скольжения о внутреннюю поверхность 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, так как через газовый канал 43 сжатый газ подается в пространство 11 позже, чем через газовый канал 44.

С другой стороны, при рабочем ходе поршня, когда он перемещается вниз, т. е. в направлении С, и шатун 19 находится на стороне, противоположной стороне давления, как показано на фиг.19, а точнее когда поршень 2 находится в некотором положении в течение приблизительно 0-20^оповорота коленчатого вала после воспламенения сжатого газа в камере 6 сгорания, газ под высоким давлением поступает в полукольцевое пространство 11 главным образом через газовый канал 43. Образовавшийся в результате сгорания рабочей смеси газ под высоким давлением, направленный в полукольцевое пространство 11 на стороне давления, воздействует на поршень 2, толкая его вниз к стороне, противоположной стороне давления, т. е. к внутренней поверхности 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления поршня, через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5.

Следовательно, поршень перемещается в направлении С в состоянии, при котором исключается боковое давление со стороны поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления поршня через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5, в результате чего в достаточной степени уменьшается сопротивление трения скольжения поршня 2 о внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления поршня. Поскольку сообщение между камерой 6 сгорания и полукольцевым пространством 11 через газовый канал прерывается, когда поршень переместится в некоторое положение, соответствующее периоду 0-20^оповорота коленчатого вала, образовавшийся в результате сгорания смеси газ под высоким давлением, направленный в полукольцевое пространство 11, поддерживается до некоторой степени в прежнем состоянии с тем, чтобы он тем самым мог воздействовать на поршень 2, толкая последний назад к внутренней поверхности 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, и противодействуя боковому давлению поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5.

Следовательно, поршень 2 перемещается в направлении С в состоянии, при котором исключается воздействие бокового давления поршня 2 на внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления через поршневые кольца 3 и 4 и маслосъемное кольцо 5 при рабочем ходе поршня, в результате чего в достаточной мере уменьшается сопротивление трения скольжения поршня 2 о внутреннюю поверхность цилиндра на стороне давления поршня. Поскольку сообщение между камерой 6 сгорания и полукольцевым пространством 11 через газовый канал прерывается, когда поршень переместится в положение, соответствующее более чем 20^о поворота коленчатого вала, образовавшийся в результате сгорания смеси газ под высоким давлением, введенный в полукольцевое пространство 11, поддерживается до некоторой степени на прежнем уровне с тем, чтобы он тем самым мог воздействовать на поршень 2, толкая его назад к внутренней поверхности 22 цилиндра на стороне, противоположной стороне давления, и, следовательно, уменьшается сопротивление трения скольжения поршня 2 о внутреннюю поверхность 21 цилиндра на стороне давления поршня.

При рабочем ходе поршня образовавшийся в результате сгорания смеси газ высокого давления также вводится в полукольцевое пространство 12 из камеры 6 сгорания через газовый канал 44. Вышеуказанное действие является полезным, так как диаметры газовых каналов 43 и 44 подобраны такими, что количество газа под высоким давлением, вводимого в полукольцевое пространство 11 через газовый канал 43, превышает количество газа, вводимого в полукольцевое пространство 12 через газовый канал 44.

В двигателе 42 поршень 2 может вводиться в состояние "плавучести" в газовой среде относительно внутренней поверхности при любом такте работы двигателя, и в результате поршень 2 может совершать возвратно-поступательное перемещение, испытывая меньшее сопротивление трения скольжения о внутреннюю поверхность 14 цилиндра.

Когда противоположные торцы поршневого кольца 3 расположены с некоторым интервалом между ними, образуя газовый канал 44, например, на внутренней цилиндрической поверхности поршневого кольца 3 могут выполняться либо выступы, либо углубления, а углубления или выступы, входящие в зацепление с выступами или углублениями на поршневом кольце 3, могут быть выполнены в канавке для поршневого кольца поршня 2, в результате чего поршневое кольцо 3 неподвижно крепится к поршню 2, что предотвращает поворачивание поршневого кольца 3 вокруг поршня 2 и обеспечивает постоянное место расположения зазора между противоположными торцами поршневого кольца 3 на позиции, где при работе двигателя осуществляется сообщение полукольцевого пространства 12 на стороне, противоположной стороне давления поршня, с камерой 6 сгорания.

Формула изобретения

1. Поршневой двигатель, содержащий цилиндр, установленный в нем поршень, соединенный при помощи пальца с шатуном и снабженный первым и вторым поршневыми кольцами, размещенными в канавках на боковой поверхности поршня, и газовую камеру, расположенную между внутренней поверхностью цилиндра, боковой поверхностью поршня и первым и вторым кольцами, причем первое кольцо расположено со стороны днища поршня, ограничивающего камеру сгорания, отличающийся тем, что он снабжен первым соединительным каналом, сообщающим камеру сгорания двигателя с газовой камерой.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первое и второе кольца расположены не параллельно между собой.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первое кольцо расположено параллельно днищу поршня, а второе наклонно относительно первого кольца.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень снабжен перегородками, соединяющими первое и второе кольца.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что первое и второе кольца расположены на боковой поверхности поршня параллельно его днищу.

6. Двигатель по пп.4 и 5, отличающийся тем, что газовая камера разделена при помощи перегородок на две полукольцевые камеры, а камера сгорания сообщена через соединительный канал с одной из полукольцевых камер.

7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что он снабжен вторым соединительным каналом, сообщающим камеру сгорания с другой полукольцевой камерой.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания сообщена с газовой камерой первым соединительным каналом при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала от 0 до 20^o от верхней мертвой точки.

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что первый соединительный канал имеет максимальное проходное сечение при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала в 10^o от верхней мертвой точки.

10. Двигатель по пп.8 и 9, отличающийся тем, что первый соединительный канал имеет проходное сечение при положении поршня в верхней мертвой точке.

11. Двигатель по пп.8 10, отличающийся тем, что первый соединительный канал выполнен с возможностью отсоединения камеры сгорания от газовой камеры при положении поршня, соответствующем углу поворота коленчатого вала, превышающему 20^o от верхней мертвой точки.

12. Двигатель по пп.1 11, отличающийся тем, что первый и второй соединительный канал образован зазором между свободными торцами первого кольца.

13. Двигатель по пп.1 11, отличающийся тем, что первый или второй соединительный канал выполнен в виде сквозного сверления на поршне или вогнутого или сферического углубления на внутренней поверхности цилиндра.

14. Двигатель по пп.1 13, отличающийся тем, что ось пальца смещена относительно оси поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19