ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P9/00 F02B5/00 

Изобретение относится к устройству двигателей внутреннего сгорания, в частности, к устройству воспламенения горючей смеси. Изобретение может быть использовано по прямому назначению в двигателях внутреннего сгорания для установки индивидуального возгорания для каждого цилиндра двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания, который содержит блок цилиндров с общей головкой и поршнями, которые соединены шатунами с коленчатым валом, системы подачи горючей смеси и вывода отработанных газов, распределительное устройство подачи импульса напряжения в камеры сгорания каждого цилиндра, содержащее бегунок, соединенный с электрической цепью и контакты, соединенные со свечами каждого цилиндра (см. например, описание легковой автомашины "Жигули" 6 модели, выпуск ВАЗа).

Недостатками такого распределительного устройства воспламенения следует считать то, что регулировка его осуществляется путем общего смещения угла перемещения на бегунке, вал которого кинематически связан с коленчатым валом. Такое регулирование не может учесть индивидуальные погрешности изготовления оставляющих кинематическую цепочку деталей, что приводит к возгоранию смеси в различных цилиндрах не в оптимальной точке положения поршня. Действительно, при размещении нижнего конца шатуна на коленчатом валу на радиусе 100 мм (взято произвольно, чтобы показать величину погрешности) небегающий допуск всех сопряженных деталей может достигать 1 мм (несколько сопряжений, которые дают суммарную величину погрешности). При принятой суммарной погрешности угловая погрешность достигнет 8^o, при погрешности 0,1 мм угловая погрешность достигнет 2^o30'. Следует ориентироваться на погрешность в 1 мм. Причем погрешность в каждом цилиндре будет разной, в распределительное устройство с его регулировкой вообще никак не исключает эту погрешность.

При работе такого двигателя цилиндры будут осуществлять рабочий ход по-разному: где-то с опережением возгорания, что увеличивает сопротивление (снижает КПД), а где-то после мертвой точки. Т.е. каждый цилиндр будет работать не в оптимальном режиме.

Наиболее современная система воспламенения включает также кинематическую связь с коленчатым валом, а распределение напряжения поджига осуществляется электронным средством, осуществляющим простейшие математические операции (см. например, описание автомашины "Мерседес", выпуск одноименной фирмы).

Недостатками такой система возгорания являются такие же, что и вышеперечисленные, так как регулировка носит групповой характер.

Таким образом, все существующие двигатели внутреннего сгорания, содержащие блок цилиндров с головкой и поршнями, которые соединены с коленчатым валом шатуном, система подачи горючей смеси и вывода отработанных газов, электрическую систему поджига горючей смеси при нахождении поршня вблизи верхней точки, которая кинематически соединена с коленчатым валом и содержит регулировку момента воспламенения горючей смеси, обладают существенным недостатком, который заключается в невозможности компенсации погрешности изготовления всех деталей кинематической цепи и это приводит к снижению КПД из-за возгорания смеси при угловом отклонении коленчатого вала как в сторону опережения, так и в сторону отставания момента вспышки горючей смеси и регулировка носит усредненный характер. Положение усугубляется при износе двигателя, когда зазоры возрастают, а износ идет неравномерно.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно
устранение зависимости момента поджига от погрешностей изготовления деталей и износа.

Поставленная задача решается путем того, что система воспламенения выполнена в виде штока, один конец которого выступает в надпоршневую полость и способен взаимодействовать с поршнем, а другой конец штока выступает за головку цилиндра и взаимодействует с контактной группой, осуществляющей подачу импульса напряжения для воспламенения горючей смеси, при этом контактная группа снабжена устройством ее перемещения относительно конца штока и образующего регулировочное устройство, а контакта группа выполнена в виде подпружиненных контактов, или в виде емкости с подвижной одной пластиной, или в виде катушки индуктивности при размещении на конце штока постоянного магнита.

На фиг. 1-5 представлено упрощенное изображение двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

На фиг. 1 представлен разрез по оси цилиндра двигателя, перпендикулярной оси коленчатого вала; на фиг. 2 показано место 1; на фиг. 3, 4, 5 представлены выполнения контактной группы.

Системы подачи горючей смеси и удаления отработанного газа условно не показаны, так как они не имеют отношения к сути предложения и могут быть выполнены известным способом с использованием всех сочетаний деталей и кинематической связи с коленчатым валом.

Двигатель содержит цилиндр (рассматривается один цилиндр, все остальные устроены так же) 1, поршень 2 с шатуном 3 и коленчатый вал 4. В головке цилиндра 1 размещена система воспламенения с ее регулировкой (место 1). Указанная система содержит шток 5 с пружиной 6 и ограничителем 7 перемещения штока 5 на надпоршневую полость. Над штоком 5 размещена контактная группа 8, которая закреплена на регулировочном устройстве 9, выполненном в виде винтовой пары. Сама контактная группа 8 может быть выполнена различным образом. Наиболее простым выполнением можно считать использование обычных контактов 10. Более сложным будет выполнение бесконтактного воздействия на систему подачи импульса поджига горючей смеси. Варианты бесконтактного управления системой поджига представлены на фиг. 4, 5. На фиг. 4 представлен вариант емкостного управления системой поджига и он осуществляется перемещением пластины емкости 11, причем вторая пластина емкости установлена на штоке и соединен с "землей".

На фиг. 5 представлен вариант выполнение импульса поджига с помощью индуктивной связи, когда постоянный магнит 12 закрепляется на штоке 5, а катушка индуктивности 13 закрепляется на регулировочной устройстве 9.

Действует двигатель следующим образом.

При перемещении поршня 2 в крайнее верхнее положение он входит в контакт со штоком 5 и перемещает его. Верхний конец штока 4 воздействует на контактную группу и импульс на поджиг горючей смеси поступает в камеру сгорания, создается давление в ней и осуществляется рабочий ход поршня 2 с поворотом коленчатого вала 4. Системе поджига управляется контактной группой 8 путем замыкания контактов 10, или изменения емкости между пластинами, одна из которых 11 подвижна при регулировке, или получения ЭДС в катушке индуктивности 13 при перемещении внутри нее постоянного магнита 12. Последние виды выполнены контактной группы (изменение емкости или введение ЭДС) широко используется в технике измерения: все ЭПИДы имеют управляющее устройство в виде емкости или катушки индуктивности и снабжены управляющими установками для подачи импульса управления процессом, как и в данном случае.

Необходимо сделать замечания к техническому решению.

1. Перед пуском двигателя осуществляется регулировка винтовой парой 9 положения контактной группы 8. Этот процесс осуществляется путем поворота коленчатого вала 4 при замерах положения верхнего конца штока 5. Такой метод позволяет получить точность установки до сотых долей мм и получить возможностью осуществления цикла рабочего с оптимальным КПД.

2. Регулировку осуществляют на каждом цилиндре 1. Для простоты пользуются таблицами перевода линейного размера в угловой. После приработки двигателя проводят повторную регулировку, как и при износе двигателя. Во всех случаях контроль осуществляют по замыканию контактов или по величине сигнала после катушки индуктивности 13 или емкости 11.

Техническое решение позволяет полностью исключить погрешности изготовления отдельных деталей и их допуска (силовое воздействие при движении поршня 2 вверх от давления горючей смеси выбирает все зазоры), повысить КПД двигателя за счет регулировки момента воспламенения горючей смеси, снизить расход энергоносителя при росте мощности на выходе коленчатого вала. Конструкция позволяет проводить регулировку вне специальных боксов самим владельцем.

Использование: системы зажигания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит систему воспламенения, выполненную в виде штока с органичителем перемещения и пружиной, которые размещены в головке каждого цилиндра. Один конец штока под действием пружины выступает в надпоршневую полость и способен взаимодействовать с поршнем при его перемещении в верхнюю мертвую точку, а другой конец штока размещен под контактной группой, осуществляющей подачу импульса напряжения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с головкой и поршнями, которые соединены с коленчатым валом шатунами, системы подачи горючей смеси и вывода отработанных газов, электрическую систему возгорания горючей смеси, включающую кинематическую связь с коленчатым валом, и регулировочный механизм момента воспламенения горючей смеси, отличающийся тем, что электрическая система возгорания выполнена в виде штока с ограничителем перемещения и пружиной, которые размещены в головке каждого цилиндра, при этом один конец штока под действием пружины выступает в надпоршневую полость и способен взаимодействовать с поршнем при его перемещении в верхнюю мертвую точку, а внешний конец штока выступает за блок цилиндра и размещен под контактной группой, осуществляющей подачу импульса напряжения в камеру сгорания цилиндра и установленной на регулировочном механизме, выполненном в виде винтовой пары. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что контактная группа выполнена в виде подпружиненных контактов. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что контактная группа выполнена в виде пластин емкости, одна из которых закреплена на штоке, другая на регулировочном механизме. 4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что контактная группа выполнена в виде постоянного магнита, который закреплен на штоке, и катушки индуктивности, которая закреплена на механизме регулировки.