ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B19/00 

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии сгорания энергоносителя в механическую энергию вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), который используется как в стационарных установках, так и в передвижных установках преобразования энергии.

Известны двигатели внутреннего сгорания, которые содержат цилиндр с головкой, поршень с шатуном и коленчатым валом, системы подачи энергоносителя и воспламенения энергоносителя и вывода отработанных газов, причем система воспламенения выполнена в виде механического распределителя напряжения, осуществляемого бегунком и подаваемого в соответствующую камеру сгорания для воспламенения горючей смеси при нахождении поршня в верхней мертвой точке (см. описание "Жигули" 6 модели, выпуск ВАЗа).

Недостатками такого осуществления воспламенения горючей смеси следует считать: сложность осуществления распределения подачи напряжения для воспламенения горючей смеси, так как распределение осуществляется механическим устройством - бегунком, а это приводит к подгаранию контактной группы, ее загрязнению и интенсивного износу; технологически ошибки набегающего допуска размеров и формы не позволяют осуществить воспламенение горючей смеси в оптимальном положении каждого цилиндра двигателя, что приводит к снижению КПД двигателя, неоправданному перерасходу топлива и чрезмерному загрязнению атмосферы от выхлопных газов; сравнительно пониженный КПД ДВС такого типа.

Кстати говоря, такими же недостатками обладают и ДВС с электронным распределением поджига горючей смеси каждого цилиндра ДВС.

Изобретен ДВС, содержащий цилиндр с головкой, поршень с шатуном и коленчатым валом, систему удаления отработанных газов и систему подачи энергоносителя с системой воспламенения энергоносителя для осуществления рабочего хода, содержащей выем и упор, которые при движении поршня в сторону головки цилиндра обеспечивают повышение давления между ними до температуры вспышки энергоносителя в объеме выемом и упором, причем выем и упор размещены в корпусе вставки, которая снабжена ограничителем перемещения подвижной части в корпусе вставки, подвижная часть сопрягаемых постоянно выема и упора выполнена выступающей в камеру сгорания и способной взаимодействовать с неподвижной постоянно сопрягаемой частью корпуса вставки при движения поршня к головке цилиндра, а объем между выемом и упором снабжен каналами, которые сообщают его с надпоршневым объемом и перекрываются при движении подвижной части после контакта выступающей подвижной части за счет движения поршня (авт. св. 4261, кл. F 02 B 19/06, 1927).

Недостатками известного технического решения следует считать: невозможность компенсации износа деталей, образующих размерную цепочку от оси коленчатого вала до верхнего положения поршня, а такая регулировка не только необходима для компенсации износа, но и при разборках двигателя; подвижная часть во вставке во многих случаях может остаться в положении, когда происходит вспышка энергоносителя: при образовании обратной волны после вспышки и движении поршня, когда он приближается к нижнему положению, или при движении поршня вверх во время такта выхлопа, когда создается избыточное давление в камере сгорания и подвижная часть во вставке может переместится до крайнего положения (упор и выем соприкасаются или близки к этому положению) и перекрыты каналы, которые сообщают камеру сгорания и объем между упором и выступом.

Целью изобретения является устранения указанных недостатков, а именно повышение ремонтоспособности ДВС, обеспечение надежности цикла ДВС.

Поставленная цель достигается тем, что в ДВС, содержащем цилиндр с головкой, поршень с шатуном и коленчатым валом, систему удаления отработанных газов и систему подачи энергоносителя с системой воспламенения энергоносителя для осуществления рабочего хода, содержащей выем и упор, которые при движении поршня в сторону головки цилиндра обеспечивают повышение давления между ними до температуры вспышки энергоносителя в объеме между выемом и упором, причем выем и упор размещены в корпусе вставки, которая снабжена ограничителем перемещения подвижной части в корпусе вставки, подвижная часть сопрягаемых постоянно выема и упора выполнена выступающей в камеру сгорания и способной взаимодействовать с неподвижной постоянного сопрягаемой частью корпуса вставки при движении поршня к головке цилиндра, а объем между выемом и упором снабжен каналами, которые сообщают его с надпоршневым объемом и перекрываются при движении подвижной части после контакта выступающей подвижной части за счет движения поршня, согласно изобретению вставка снабжена регулировочным устройством ее перемещения, при этом между выемом и упором размещена пружина.

При этом вставка может быть размещена в головке цилиндра, а подвижная часть в корпусе вставки может быть выполнена в виде упора или выема.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез цилиндра; на фиг. 2, 3 - выполнения взаимного расположения сопрягаемых пар выем - упор. ДВС содержит цилиндр 1 с головкой 2, поршень 3 и соединенный с ним шатуном 4 коленчатый вал 5. Размещение вставки 6 может быть как в головке цилиндра 2 (6 -1), так и в поршне Ж (6 - 2). Вставка 6 содержит корпус 7 с выемом 8 или упором 9, которые по вариантам выполнения являются неподвижными относительно корпуса 7 вставки 6. Соответственно подвижными частями будут упор 10 (фиг. 2) или выем 11 (фиг. 3). Между упором 10 и выемом 8 размещена пружина 12 (на фиг. 3 в варианте поз.9, 11). Подвижная часть 10 или 11 имеет каналы 13 и ограничители 14 движения перемещения подвижной части 10 или 11. Вставка 6 снабжена регулировочным устройством, которое выполнено в виде резьбового соединения 15, которое позволяет с высокой точностью перемещать подвижную часть 10 или 11 относительно головки цилиндра 2. Системы подачи энергоносителя и выхлопа отработанного газа условно не показаны, так как выполняются по известной конструктивной схеме и не являются предметом технического решения.

Для размещения вставки в поршне 3 полностью необходимо выполнить варианты выполнения взаимного расположения всех элементов на фиг. 2, 3, но повернутых на 180^o, т.е. подвижная часть 10 или 11 будут размещены вверх своими выступающими подвижными частями и такое расположение будет соответствовать варианту 6 - 2 на фиг. 1.

Действует ДВС следующим образом.

При движении поршня 3 вверх от коленчатого вала 5 и передачей движения шатуном 4 будет происходить подача горючей смеси в надпоршневое пространство либо всасыванием, либо принудительно под давлением.

Во всех случаях горючая смесь заполнит объем надпоршневой. При движении поршня 3 вверх будет происходить сжатие горючей смеси с повышением давления и температуры. Горючая смесь также заполнит и полость между упором 10(9) и выемом 8(11) через каналы 13. Как только дно поршня 3 коснется подвижной и выступающей части 10(11), она начнет перемещаться совместно с поршнем 3, сжимая пружину 12 и перекрывая каналы 13. После перекрытия каналов 13 будет происходить сжатие в полости между упором 10(9) и выемом 8(11), которое будет сопровождаться повышением температуры в указанном объеме до температуры вспышки. После вспышки создается давление на подвижную часть 10(11) и поршень 3 начинает двигаться вниз, совершая рабочий ход, причем в начальный момент движение будет под действием малого усилия, так как площадь воздействия давления газов мала. После открытия каналов 13 горение распространится на весь надпоршневой объем и усилие рабочего хода возрастет.

Регулировку момента вспышки можно осуществить (регулировать) путем перемещения вставки 6 винтовой парой 15. Такое перемещение будет менять положение выступающей подвижной части 10(11) относительно дна поршня 3 в его верхнем положении и определять момент степени сжатия, которое соответствует температуре вспышки.

Необходимо сделать следующие замечания к техническому решению:
1. При использовании варианта 6 - 2 в головке цилиндра 2 должна быть резьбовая пробка для доступа к регулировке положения подвижной части. Следует иметь в виду, что размещение по варианту 6 - 2 не позволяет устранить тепловой поток на коленчатый вал 5 через подвижные соединения с шатуном 4.

2. Уплотнения на вставке условно не показаны и могут представлять отдельный внешний колпак с уплотнением на стыке.

3. Вставка может быть установлена в действующих двигателях на месте свечи с подготовкой посадочного места под нее.

4. Подвижную массу желательно иметь уменьшенной, поэтому размещение выема выступающим более выгодно (фиг. 3).

5. Начальная регулировка может осуществляться на заводе-изготовителе, а последующие регулировки могут производиться в местах эксплуатации по заранее нанесенным делениям угловым и указателе на вставке. Такую регулировку может провести неподготовленный владелец по описанию.

6. Отношение возможного хода подвижной части во вставке к диаметру, в котором осуществляется сжатие горючей смеси до температуры вспышки, должно быть в десятки раз больше, чем отношение хода поршня до верхней мертвой точки после начала движения подвижной части вставки к диаметру поршня и должен быть теоретический запас для возможности работы с различными видами топлива, а также для учета дополнительной регулировки при износе сопрягаемых пар. На чертежах отсутствует масштаб выполнения указанного требования, так как он представляет конструктивную схему. Упоры также могут быть выполнены различным образом, а сопрягаемая часть выема и упора должна в начальный момент быть не менее двух (отношение длины сопряжения к диаметру).

Таким образом достигаются все поставленные цели: устраняется зависимость от погрешности изготовления деталей и появляется возможность регулировки индивидуальной каждого цилиндра.

Двигатель внутреннего сгорания может быть использован как в стационарных установках, так и в передвижных установках. Система воспламенения энергоносителя для осуществления рабочего хода представляет собой выем и упор, которые при движении поршня в сторону головки цилиндра обеспечивают повышение давления между ними до температуры вспышки энергоносителя в объеме между выемом и упором. Выем и упор размещены в корпусе вставки. Вставка снабжена регулировочным устройством ее перемещения и ограничителем перемещения подвижной части в корпусе вставки. Подвижная часть сопрягаемых постоянно выема и упора выполнена поступающей в камеру сгорания и взаимодействует с неподвижной постоянно сопрягаемой частью корпуса вставки при движении поршня к головке цилиндра. Объем между выемом и упором снабжен каналами, которые сообщают его с надпоршневым объемом и перекрываются при движении подвижной части после контакта выступающей подвижной части за счет движения поршня. Между выемом и упором размещена пружина. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с головкой, поршень с шатуном и коленчатым валом, систему удаления отработанных газов и систему подачи энергоносителя с системой воспламенения энергоносителя для осуществления рабочего хода, содержащей выем и упор, которые при движении поршня в сторону головки цилиндра обеспечивают повышение давления между ними до температуры вспышки энергоносителя в объеме между выемом и упором, причем выем и упор размещены в корпусе вставки, которая снабжена ограничителем перемещения подвижной части в корпусе вставки, подвижная часть сопрягаемых постоянно выема и упора выполнена выступающей в камеру сгорания и способной взаимодействовать с неподвижной постоянно сопрягаемой частью корпуса вставки при движении поршня к головке цилиндра, а объем между выемом и упором снабжен каналами, которые сообщают его с надпоршневым объемом и перекрываются при движении подвижной части после контакта выступающей подвижной части за счет движения поршня, отличающийся тем, что вставка снабжена регулировочным устройством ее перемещения, при этом между выемом и упором размещена пружина. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вставка размещена в головке цилиндра. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что подвижная часть в корпусе вставки выполнена в виде упора. 4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что подвижная часть корпуса вставки выполнена в виде выема.