Патент 2246016

Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к области двигателестроения. Технический результат заключается в повышении надежности и стабильности управления впуском топливовоздушной смеси и изменением степени сжатия. Согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания содержит основной цилиндр с основным поршнем, размещенный в головке основного цилиндра вспомогательный цилиндр со вспомогательным поршнем, камеру сгорания со свечой зажигания, которая образована цилиндрами, поршнями и головкой, орган выпуска отработавших газов, расположенный в головке и управляемый распределительным валом, а также устройство управления положением вспомогательного поршня. Основной поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в основном цилиндре, приводит в движение коленчатый вал. От коленчатого вала через распределительный вал приводится вспомогательный поршень, который, совершая возвратно-поступательное движение во вспомогательном цилиндре, управляет, по меньшей мере, одним окном впуска топливовоздушной смеси, выполненным на боковой поверхности вспомогательного цилиндра. Устройство управления вспомогательным поршнем выполнено в виде качающегося рычага, контактирующего при помощи ролика с кулачком на распределительном валу. Одно плечо качающегося рычага соединено с вспомогательным поршнем через шатун, а другое плечо связано с подвижной опорой. При этом ролик, контактирующий с кулачком, соединен с головкой основного цилиндра при помощи пружины и вилки, которые соосно расположены на штоке, жестко закрепленном на головке, а подвижная опора соединена с управляющим механизмом. Подвижная опора может быть выполнена в виде гайки, шарнирно соединенной с качающимся рычагом, а управляющий механизм в виде винта, который соединен с головкой основного цилиндра через рейку и шестерню, жестко закрепленную на винте, при этом гайка устанавливается на винте. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с искровым зажиганием, использующим в виде рабочего тела топливовоздушную смесь.

Для повышения КПД двигателей внутреннего сгорания наиболее оптимальной является конструкция, которая позволяет одновременно управлять изменением степени сжатия и обеспечивает регулирование мощности путем изменения фаз газораспределения.

Основная задача, которая решается при разработке конструкции двигателя внутреннего сгорания, заключается в том, чтобы обеспечить надежное и стабильное дозирование топливовоздушной смеси, которая подается в камеру сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания (Патент РФ №2042846, МПК F 02 В 75/04 от 22.04.1991 г.), содержащий основной цилиндр с движущимся возвратно-поступательно и приводящим в движение коленчатый вал основным поршнем, размещенный в головке основного цилиндра вспомогательный цилиндр с движущимся возвратно-поступательно вспомогательным поршнем. На боковой поверхности вспомогательного цилиндра выполнено по меньшей мере одно окно впуска топливовоздушной смеси. Вспомогательный цилиндр приводится в движение от коленчатого вала через кулачковый вал и управляет окном впуска. Камера сгорания образована цилиндрами, поршнями, головкой и имеет свечу зажигания. Устройство управления положением вспомогательного поршня выполнено в виде качающегося рычага, одним концом связанного с вспомогательным поршнем и контактирующего с кулачковым валом при помощи пружины и перемещаемой с помощью винтовой пары и дополнительной пружины кулисы, в которой расположен другой конец рычага. Имеется орган выпуска отработавших газов, расположенный в головке и управляемый распределительным валом.

Недостатком данного двигателя является то, что качающийся рычаг непосредственно контактирует с кулачком, что приводит к быстрому износу последнего. Кроме того, в процессе работы двигателя под действием знакопеременной нагрузки быстро увеличивается зазор между концом качающегося рычага и кулисой, в которой он установлен. Все это влияет на управление положением вспомогательного поршня, от которого зависит обеспечение надежного и стабильного дозирования топливовоздушной смеси, впускаемой в камеру сгорания.

При этом жесткое соединение другого конца качающегося рычага с вспомогательным поршнем приводит к значительным боковым усилиям на его стенки, что также способствует его к быстрому износу.

Наиболее близким к заявляемому является двигатель внутреннего сгорания (Патент РФ №2172415, МПК F 02 В 75/04 от 31.01.2000 г., выбранный в качестве прототипа), содержащий по меньшей мере один основной цилиндр с возвратно-поступательно движущимся в нем и приводящим в движение коленчатый вал основным поршнем, головку основного цилиндра, по меньшей мере один размещенный в головке вспомогательный цилиндр с по меньшей мере одним окном впуска топливовоздушной смеси, выполненным на его боковой поверхности, и возвратно-поступательно движущимся в нем вспомогательным поршнем, управляющим окном впуска и приводимым от коленчатого вала через распределительный вал, камеру сгорания, образованную цилиндрами, поршнями и головкой и имеющую свечу зажигания, а также орган выпуска отработавших газов, расположенный в головке и управляемый распределительным валом.

Принципиальным отличием данного двигателя от аналога является выполнение устройства управления положением вспомогательного поршня, в виде качающегося рычага вильчатой конструкции, один конец которого связан с вспомогательным поршнем через шатун и контактирующий вильчатой частью с соосно закрепленным на распределительном валу по меньшей мере одним кулачком при помощи ролика, с другой - непосредственно вильчатой частью рычага, а другое плечо связано при помощи вращающейся опоры с управляющим валом.

Однако и такое конструктивное выполнение устройства управления движением вспомогательного поршня имеет ряд недостатков. Во-первых, крайне сложна форма вильчатого рычага. Во-вторых, профили кулачков, контактирующих с роликом, спроектированы так, что при уменьшении радиуса одного кулачка, радиус другого должен увеличиваться строго на эту величину. Следовательно, требования к точности их расчета и изготовления резко возрастают, что технически усложняет и удорожает двигатель в целом. Вместе с тем в процессе износа кулачков появляются зазоры, приводящие к погрешностям в управлении движением вспомогательного поршня, а также увеличивается шум. В третьих, соединение подвижной опоры с управляющим валом обеспечивает ее движение по определенной, жестко заданной траектории, в частности, в виде полуокружности.

Все эти недостатки снижают надежность и стабильность управления впуском топливовоздушной смеси и изменением степени сжатия.

Задача, положенная в основу заявляемого технического решения, заключается в повышении надежности и стабильности управления впуском топливовоздушной смеси и изменением степени сжатия.

Поставленная задача решается следующим образом.

В двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один основной цилиндр с возвратно-поступательно движущимся в нем и приводящим в движение коленчатый вал основным поршнем, головку основного цилиндра, по меньшей мере один размещенный в головке вспомогательный цилиндр с по меньшей мере одним окном впуска топливовоздушной смеси, выполненным на его боковой поверхности, и возвратно-поступательно движущимся в нем вспомогательным поршнем, управляющим окном впуска и приводимым от коленчатого вала через распределительный вал, камеру сгорания, образованную цилиндрами, поршнями и головкой и имеющую свечу зажигания, орган выпуска отработавших газов, расположенный в головке и управляемый распределительным валом, а также устройство управления положением вспомогательного поршня, выполненное в виде качающегося рычага, контактирующего по меньшей мере с одним кулачком, закрепленным на распределительном валу, при помощи ролика, при этом одно плечо качающегося рычага соединено с вспомогательным поршнем через шатун, а другое плечо связано с подвижной опорой. Согласно заявляемому техническому решению ролик, контактирующий с кулачком, соединен с головкой основного цилиндра при помощи пружины и вилки, которые соосно расположены на штоке, жестко закрепленном на головке, а подвижная опора соединена с управляющим механизмом.

В качестве варианта конструктивного выполнения подвижная опора выполнена в виде гайки, шарнирно соединенной с качающимся рычагом, а управляющий механизм выполнен в виде винта, который соединен с головкой основного цилиндра через рейку и шестерню, жестко закрепленную на винте, при этом гайка установлена на винте.

Такое конструктивное выполнение устройства управления положением вспомогательного поршня позволяет значительно снизить износ кулачка, поскольку между роликом и кулачком возникает только трение качения, в то время как в прототипе между этими деталями возникает трение скольжения, которое приводит к более разрушительным последствиям. Кроме того, ролик поджимается к кулачку с помощью пружины, которая компенсирует возникающие зазоры.

Соединение опоры с управляющим механизмом данного конструктивного выполнения обеспечивает возможность возвратно-поступательного и вращательного движения и позволяет ей перемещаться по оптимальной траектории.

Все это обеспечивает стабильность и точность дозирования топливовоздушной смеси, которая подается в камеру сгорания.

Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое техническое решение новым.

Заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку явным образом не следует из уровня техники.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку может быть использовано в промышленности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема двигателя внутреннего сгорания;

на фиг.2 - вариант конструктивного выполнения управляющего механизма (продольный разрез);

на фиг.3 - общий вид управляющего механизма.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один основной цилиндр 1 с возвратно-поступательно движущимся в нем основным поршнем 2, приводящим в движение коленчатый вал (на фиг.1 не показан) и головку 3 основного цилиндра. В головке основного цилиндра 3 размещен по меньшей мере один вспомогательный цилиндр 4 с по меньшей мере одним окном 5 впуска топливовоздушной смеси, выполненным на его боковой поверхности. Во вспомогательном цилиндре 4 расположен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вспомогательный поршень 6, который управляет окном 5 впуска. Вспомогательный поршень приводится в движение от коленчатого вала (на фиг.1 не показан) через распределительный вал 7. Камера сгорания 8 образована цилиндрами 1 и 4, поршнями 2 и 6 и головкой 3. Камера сгорания имеет свечу зажигания 9. Орган выпуска отработавших газов (на фиг.1 не показан) расположен в головке 3 и управляется распределительным валом 7. Устройство управления положением вспомогательного поршня 6, выполнено в виде качающегося рычага 10, контактирующего по меньшей мере с одним кулачком 11, закрепленным на распределительном валу 7, при помощи ролика 12. Ролик 12 соединен с головкой 3 основного цилиндра при помощи пружины 15 и вилки 16, которые соосно расположены на штоке 17, жестко закрепленном на головке 3. При этом одно плечо качающегося рычага 10 соединено с вспомогательным поршнем 6 через шатун 13, а другое плечо связано с подвижной опорой 14, которая соединена с управляющим механизмом 18.

В качестве варианта конструктивного выполнения подвижная опора выполнена в виде гайки 14, шарнирно соединенной с качающимся рычагом 10, а управляющий механизм выполнен в виде винта 19, который соединен с головкой 3 основного цилиндра через рейку 20 и шестерню 21, жестко закрепленную на винте 19, при этом гайка 14 установлена на винте 19. Скоба 22 удерживает рейку 20 в зацеплении с шестерней 21.

Работает двигатель внутреннего сгорания следующим образом.

Основной поршень приводится в движение через коленчатый вал (на фиг.1 не показан). При нахождении основного поршня 2 в районе верхней мертвой точки (ВМТ), вспомогательный поршень 6 перемещается вверх и открывает впускные окна 5.

При движении основного поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ), топливовоздушная смесь заполняет объем основного 1 и вспомогательного 4 цилиндров.

После прохождения основным поршнем 2 НМТ вспомогательный поршень 6 перемешается вниз и закрывает впускные окна 5. Затем основной поршень 2 начинает движение к ВМТ, сжимает топливовоздушную смесь и вытесняет ее в камеру сгорания 8, в которой по завершении процесса сжатия топливовоздушная смесь воспламеняется свечой 9 и сгорает. Расширяющиеся продукты сгорания перемешают основной поршень 2 к НМТ. При этом поршень 2 совершает рабочий ход.

При достижении основным поршнем 2 НМТ открывается орган выпуска отработавших газов (на фиг.1 не показан), а при движении основного поршня 2 к ВМТ отработавшие газы выталкиваются из основного цилиндра 1.

Закон перемещения вспомогательного поршня 6 задается профилем кулачка 11, установленного на распределительном валу 7, который приводится в движение от коленчатого вала (на фиг.1 не показан). Вращающийся кулачок 11 взаимодействует с подпружиненным роликом 12, закрепленным на качающемся рычаге 10. Пружина 15 установлена соосно со штоком 17 и надежно поджимает ролик 12 к кулачку 11 через вилку 16. Это позволяет ликвидировать все зазоры, возникающие в процессе износа и неточности изготовления сопряженных деталей.

Изменение режима работы двигателя осуществляется с помощью управляющего механизма, который изменяет положение подвижной опоры 14, выполненной в виде гайки, шарнирно соединенной с одним из плеч качающегося рычага 10 (фиг.2).

При изменении положения рейки 21 осуществляется поворот винта 20, который перемещает гайку 14, соединенную с качающимся рычагом.

Этим обеспечивается изменение начала и продолжительности фазы впуска и изменение степени сжатия.

Таким образом, заявляемое конструктивное выполнение устройства управления положением вспомогательного поршня и подвижной опоры, соединенной с управляющим механизмом обеспечивает решение поставленной задачи: повышение надежности и стабильности управления впуском топливовоздушной смеси и изменения степени сжатия.

Источники информации

1. Патент РФ №2042846, МПК F 02 В 75/04 от 22.04.1991 г. - аналог.

2. Патент РФ №2172415, МПК F 02 В 75/04 от 31.01.2000 г. - прототип.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один основной цилиндр с возвратно-поступательно движущимся в нем и приводящим в движение коленчатый вал основным поршнем, головку основного цилиндра, по меньшей мере, один размещенный в головке вспомогательный цилиндр с, по меньшей мере, одним окном впуска топливовоздушной смеси, выполненным на его боковой поверхности, и возвратно-поступательно движущимся в нем вспомогательным поршнем, управляющим окном впуска и приводимым от коленчатого вала через распределительный вал, камеру сгорания, образованную цилиндрами, поршнями и головкой и имеющую свечу зажигания, орган выпуска отработавших газов, расположенный в головке и управляемый распределительным валом, а также устройство управления положением вспомогательного поршня, выполненное в виде качающегося рычага, контактирующего, по меньшей мере, с одним кулачком, закрепленным на распределительном валу, при помощи ролика, при этом одно плечо качающегося рычага соединено с вспомогательным поршнем через шатун, а другое плечо связано с подвижной опорой, отличающийся тем, что ролик, контактирующий с кулачком, соединен с головкой основного цилиндра при помощи пружины и вилки, которые соосно расположены на штоке, жестко закрепленном на головке, а подвижная опора соединена с управляющим механизмом.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подвижная опора выполнена в виде гайки, шарнирно соединенной с качающимся рычагом, а управляющий механизм выполнен в виде винта, который соединен с головкой основного цилиндра через рейку и шестерню, жестко закрепленную на винте, при этом гайка установлена на винте.