ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия.

Известен двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащий цилиндр с размещенным в нем основным поршнем, камеру сгорания, головку цилиндра с выполненной в ней расточкой, в которой размещен первый дополнительный поршень, связанный со вторым дополнительным поршнем, установленным в гидроцилиндре.

Наличие дополнительного объема камеры сгорания, расположенного в головке, и двух дополнительных поршней, усложняет конструкцию и технологию изготовления, увеличивает вес и металлоемкость, снижает надежность и эффективность работы двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащий цилиндр с размещенными в нем и обращенными друг к другу своими днищами основным и первым дополнительным поршнями, камеру сгорания, головку цилиндров, между торцевой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и этим поршнем образована полость, и магистрали для подвода охлаждающей жидкости от насоса к обратному клапану и для отвода ее от редукционного клапана в резервуар для жидкости. Первый дополнительный поршень связан со вторым дополнительным поршнем, установленным в гидроцилиндре. Гидроцилиндр через подводящий и отводящий каналы, расположенные вне головки цилиндра, подключен к упомянутым клапанам, выполненным нерегулируемыми шарикового типа. Первый дополнительный поршень выполнен с плоским днищем. Полость между первым дополнительным поршнем и торцевой поверхности головки цилиндра, связана с источником сжатого воздуха и уплотнена от гидроцилиндра.

Установка первого дополнительного поршня вместе с основным поршнем в цилиндре двигателя и отсутствие дополнительного объема камеры сгорания в головке цилиндра обеспечивает уменьшение тепловых потерь в камере сгорания и улучшение условий работы газового стыка. Однако в известном двигателе предусмотрено два дополнительных поршня, и при этом не обеспечивается эффективное охлаждение первого из них, следствием чего является усложнение конструкции и снижение надежности работы. Необходимость уплотнения полости от гидроцилиндра и выполнение клапанов нерегулируемыми шарикового типа вызывают дополнительное усложнение конструкции и снижение надежности работы. Наличие гидроцилиндра и принятое размещение упомянутых каналов и клапанов увеличивает габариты двигателя, а регулирование положения первого дополнительного поршня требует сложной системы управления.

Цель изобретения - повышение надежности при уменьшении габаритов и упрощении конструкции.

Эта цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащем цилиндр с размещенными в нем и обращенными друг к другу своими днищами основным и дополнительным поршнями, камеру сгорания, головку цилиндра, между торцовой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и этим поршнем образована полость, и магистрали для подвода охлаждающей жидкости от насоса к обратному клапану и для отвода ее от редукционного клапана в резервуар для жидкости, в головке цилиндра выполнены подводящий и отводящий каналы, каждый из которых одним концом подключен к полости, а другим концом соответственно к обратному и редукционному клапанам. Зоны подключения подводящего и отводящего каналов к полости расположены по разные стороны от вертикальной оси цилиндра. Дополнительный поршень выполнен с буртом на его боковой поверхности, расположенным между торцовой поверхностью головки цилиндра и торцовой поверхностью расточки, выполненной в стенке цилиндра, с зазором относительно боковой поверхности этой расточки.

Редукционный и обратный клапаны выполнены регулируемыми и имеют подпружиненные золотник и конусный запорный элемент, размещенные в расточках, выполненных в головке цилиндра. В днище дополнительного поршня выполнено углубление под камеру сгорания. При таком выполнении двигателя с помощью простых средств (без второго дополнительного поршня и гидроцилиндра) обеспечивается стабилизация максимального давления P_Z цикла на разных режимах работы, а также достигается эффективное охлаждение дополнительного поршня и демпфирование ударных нагрузок при его перемещении и, как следствие этого, повышение надежности работы двигателя. Расположение отводящего и подводящего каналов и клапанов в головке цилиндра обеспечивает одновременно уменьшение габаритов двигателя.

На чертеже показан двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия.

В качестве примера представлен двигатель, работающий по двухтактному циклу. Двигатель содержит цилиндр 1 с входным 2 и выходным 3 окнами системы продувки цилиндра и головку 4 цилиндра. В цилиндре 1 размещены основной поршень 5, связанных через шатун с коленчатым валом (не показан), и дополнительный поршень 6, обращенные друг к другу своими днищами 7 и 8. В днище 8 поршня 6 выполнено углубление 9 под камеру сгорания. Сбоку в цилиндр ввернута свеча зажигания 10, электроды которой выведены в полость 11 между днищами поршней. Поршень 5 снабжен газоуплотнительными кольцами 12 и маслосъемным кольцом 13. Поршень 6 снабжен газоуплотнительными кольцами 14 и маслоуплотнительным кольцом 15. В головку 4 цилиндра запрессован штифт 16, исключающий вращение поршня 6. Между торцовой поверхностью 17 головки 4 и внутренней поверхностью днища поршня 6 образована полость 18, к которой в зоне 19 подключен выполненный в головке подводящий канал 20, а в зоне 21, подключен выполненный также в головке отводящий канал 22. Зоны 19 и 20 подключения каналов 20 и 22 к полости 18, примыкающие к стенке цилиндра, расположены по разные стороны от продольной оси 23 цилиндра. Подводящий канал 20 через обратный клапан 24 связан с магистралью 25 подвода смазочной жидкости от масляного насоса (не показан). Отводящий канал 22 связан через редукционный клапан 26 с магистралью 27 для отвода смазочной жидкости в поддон (не показан). Обратный клапан 24 состоит из седла 28, запорного элемента 29 с конусной рабочей поверхностью и шлицами, пружины 30, упора 31 пружины стопорного винта 32 и резьбовой пробки 33. Редукционный клапан 26 состоит из золотника 34, пружины 35, упора 36 пружины, стопорного винта 37 и резьбовой пробки 38. Поршень 6 имеет бурт 39 на боковой поверхности 40, который расположен между торцовой поверхностью 17 головки цилиндра и торцовой поверхностью 41 расточки, выполненной в стенке цилиндра 1, с зазором (порядка 0,25 мм) относительно боковой поверхности 42 этой расточки.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Во время пуска двигателя поршень 6 находится на минимальном расстоянии от поршня 5, которое определяет наибольшую степень сжатия. Это положение поршня 6 определяется упором его бурта 39 в торец 41 расточки цилиндра 1. Полость 18 заполнена маслом. Поршень 6 не меняет своего положения до тех пор, пока максимальное давление газов в камере сгорания не станет больше давления, при котором открывается редукционный клапан 26. После этого часть масла будет вытесняться в поддон двигателя через редукционный клапан 26, а поршень 6 будет перемещаться к головке цилиндра. По мере перемещения поршня 5 к нижней мертвой точке давление в полости 11 уменьшается и становится меньше давления в полости 18. В связи с этим давление в полости 18 также уменьшается. У нижней мертвой точки величина давления в этой полости определяется давлением жидкости, поступающей от насоса. В это время поршень 6 перемещается в сторону поршня 5, а скорость и величина его перемещения определяются количеством жидкости поступающим в полость 18 в это же время. Темп подачи жидкости в полость 18, в основном, зависит от гидравлического сопротивления обратного клапана 24 и напора масляного насоса. От темпа подачи масла в полость 18 зависит величина перемещения поршня 6 в направлении к поршню 5 в конце каждого рабочего цикла. Этот темп не должен быть слишком большим, чтобы поршень не успел занять исходное положение в конце каждого рабочего цикла, и не должно быть слишком маленьким, чтобы быстродействие устройства не оказалось недостаточным на быстропеременных режимах работы двигателя. Вместе с тем количество жидкости, подаваемой в полость 18, должно быть достаточным для обеспечения теплосъема от днища дополнительного поршня 6. Редукционный клапан 26 запирает канал 22 до тех пор, пока наибольшее давление рабочего цикла P_Z не превысит расчетного значения. Расход масла через редукционный клапан 26 будет тем больше, чем больше давление P_Z будет превышать расчетное значение. Положение поршня 6 в цилиндре 1 и объем камеры сгорания (полость при положении поршня 4 в верхней мертвой точке) на установившемся режиме работы двигателя определяется соотношением количества масла, подаваемого в полость 18 через обратный клапан 24 и удаляемого из этой полости через редукционный клапан 26 в единицу времени, например в секунду. Таким образом, поршень 6 во время работы двигателя находится во взвешенном и промежуточном положении между двумя упорами (в головку цилиндра и торец расточки цилиндра). Скорость перемещения его должна быть в пределах 1-3 мм в децисекунду. При перемещении поршня 6 меняется степень сжатия цилиндра двигателя. При необходимости изменить величину стабилизации давления P_Z нужно изменить усилие пружины 35 редукционного клапана 26 путем перемещения по резьбе упора 36 пружины. Аналогичным образом регулируется обратный клапан 24, если нужно изменить темп подачи масла в полость 18 от насоса путем изменения степени редукции давления масла в обратном клапане 24. Таким образом, при помощи простых средств обеспечивается стабилизация P_Z и при необходимости ее регулирование.

Благодаря заполнению полости 18 жидкостью и расположению зон подключения к этой полости подводящего и отводящего каналов по разные стороны от продольной оси цилиндра обеспечивается эффективный теплоотвод от днища поршня, в том числе и за счет исключения застойных зон и воздушных пробок в полости. При этом наибольший эффект будет достигаться при горизонтальном расположении цилиндра. Следствием отмеченного является устранение перегрева дополнительного поршня, калильного зажигания и повышение надежности работы. Выполнение подводящего и отводящего каналов в головке цилиндра, наличие лишь одного дополнительного поршня, размещенного в том же цилиндре, что и основной поршень, обеспечивает упрощение конструкции, уменьшение габаритов и дополнительное повышение надежности. Повышению надежности работы способствует также эффективное демпфирование при перемещении дополнительного поршня, а также принятые конструкции обратного и редукционного клапанов. Их размещение в расточках головки способствует дополнительному снижению габаритов двигателя. Кроме того, обеспечивается возможность использования для дополнительного поршня материала с уменьшенным теплоотводом. При выполнении выемки под камеру сгорания в днище этого поршня утепленная камера сгорания обеспечивает условия для повышения эффективности рабочего процесса двигателя.

Использование: двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр с размещенными в нем основным и дополнительным поршнями, головку цилиндров, между торцовой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и этим поршнем образована полость, которая подключена через обратный и редукционный клапаны к подводящему и отводящему масляным каналам. При работе двигателя с помощью простых средств достигается стабилизация величины максимального давления цикла и, при необходимости, ее регулирование. Одновременно обеспечиваются эффективное охлаждение дополнительного поршня, демпфирование ударных нагрузок при его перемещении и, как следствие, повышение надежности работы. Размещение масляных каналов и клапанов в головке цилиндра одновременно уменьшает габариты двигателя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ, содержащий цилиндр с размещенными в нем основным и дополнительным поршнями, днища которых обращены один к другому, камеру сгорания, головку цилиндра, между торцевой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и последним образована полость, и магистрали подвода и отвода охлаждающей жидкости с насосом, обратным клапаном, редукционным клапаном и резервуаром для жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, упрощения конструкции и уменьшения ее габаритов, в головке цилиндра выполнены подводящий и отводящий каналы, каждый из которых одним концом соединен с полостью, а другим концом - соответственно к обратному и редукционному клапанам, причем зоны соединения подводящего и отводящего каналов к полости расположены по разные стороны от продольной оси цилиндра, а дополнительный поршень выполнен с буртом на его боковой поверхности, расположенным между торцевой поверхностью головки цилиндра и торцевой поверхностью расточки, выполненной в стенке цилиндра, с зазором относительно боковой поверхности этой расточки. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что редукционный и обратный клапаны выполнены регулируемыми и с соответственно подпружиненными золотником и конусным запорным элементом, размещенными в расточках, выполненных в головке цилиндра. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в днище дополнительного поршня выполнено углубление.