ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B75/04 F01L7/04 

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, а именно к двигателям, степень сжатия которых регулируется перемещением головки.

Известен двигатель с регулируемой степенью сжатия, состоящий из основного и дополнительного топливных баков, смесителя топлива, блока цилиндров, коленвала, шатуна, поршня, цилиндра и индивидуальной головки, с помощью резьбы ввинченной в цилиндр. В головке размещен впускной клапан-форсунка с гидроприводом и автоматическим регулятором фаз газораспределения, а в цилиндре выполнены радиальные выпускные щели.

Изменение степени сжатия и обеспечение к нему октанового или цетанового числа топлива и фаз газораспределения производится без остановки двигателя. Центробежный регулятор обеспечивает соответствие фаз газораспределения к частоте вращения вала. А.С. СССР N 1437531, 1987/88.

Недостатками данного двигателя являются ненадежность работы системы газораспределения и регулирования фаз; сложность механизма газораспределения, отсутствие механического нагнетателя воздуха, сложность конструкции двигателя из-за наличия полостей для охлаждающей жидкости.

Задачей изобретения является повышение экономических и мощностных показателей двигателя.

Поставленная задача в двигателе внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, содержащем цилиндр с впускными окнами и выпускными щелями и головку цилиндра, установленную с возможностью осевого перемещения и снабженную механизмом привода, решается тем, что он имеет цилиндрический золотник с корпусом и втулку, снабженные диаметральными профилированными впускными окнами, золотник связан с шестерней привода вращения и центробежным регулятором и охватывает втулку, которая связана с головкой цилиндра посредством выступа, входящего в зазор между двух параллельных кольцевых выступов втулки. Золотник имеет торцевую винтовую лопасть, а поверхность цилиндра имеет ребра; двигатель содержит полость наддува, образованную золотником и его корпусом, и полость охлаждения, образованную поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью втулки. В процессе работы:
вращающийся посредством внешней шестерни цилиндрический золотник с винтовой лопастью обеспечивает впуск-вентилирование и выпуск при совпадении его окон с окнами втулки и цилиндра, а также нагнетание воздуха в камеру сгорания и принудительную продувку воздухом головки, цилиндра и деталей газораспределительного механизма;
золотник под воздействием центробежного регулятора, с которым он механически связан, при изменениях оборотов двигателя совершает осевые перемещения, чем обеспечивает соответствие фаз газораспределения оборотам;
при изменении степени сжатия соответствие фаз газораспределения обеспечивается осевым перемещением втулки без ее вращения вместе с головкой, что приводит к изменению положения среднего сечения окон втулки относительно среднего сечения окон золотника и цилиндра.

Таким образом, в процессе работы двигателя автоматически обеспечиваются: соответствие фаз газораспределения степени сжатия и оборотам двигателя; наддув воздуха под давлением и принудительное воздушное охлаждение двигателя.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез двигателя, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение В-В, на фиг. 4 - развертка окон цилиндра, втулки и золотника при постоянной степени сжатия и при минимальных и максимальных оборотах и на фиг. 5 - развертка окон при постоянных оборотах и при минимальной и максимальной величине степени сжатия.

На фиг. 1, 2 и 3 стрелкой показаны направления движения воздуха.

Предлагаемое изобретение содержит камеру сгорания 1, ограниченную снизу поршнем 2, а сверху головкой 3, зубчатый венец 4 которого связан с механизмом 5 привода; смеситель 6, цилиндрический золотник 7, охватывающий втулку 8, насаженную на цилиндр 9; корпус 10 золотника 7.

Головка 3 содержит радиальные отходящие к центру полости 11 два внешних параллельных кольцевых выступа 12 и форсунку 13.

Золотник 7 имеет внешнюю шестерню 14, зацепленную с шестерней 15 привода, торцевую винтовую полость 16 и два диаметральных профилированных окна 17.

Золотник 7 механически связан с центробежным регулятором 18.

Втулка 8 содержит диаметральные профилированные окна 19 и внутренние прямоугольные выступы 20, входящие в зазор между кольцевыми выступами 12 головки 3.

Цилиндр 9 имеет впускные окна 21 и выпускные щели 22.

Корпус 10 и золотник 7 образуют полость 23 для нагнетания.

Имеется полость 24, образованная: внутренней поверхностью втулки 8 и поверхностью впадин между ребрами поверхности цилиндра 9. Полость 24 сообщается с полостями 11 головки 3 с одной стороны и с атмосферой через открытый низ.

Радиальные щели 22 цилиндра 9 сообщаются с полостью выпускного коллектора 25.

К внутренней поверхности втулки 8 прикреплены фиксаторы 26, блокирующие втулку 8 от осевого вращения при изменениях степени сжатия.

Двигатель работает следующим образом.

Вращение от коленчатого вала передается к шестерне 15 золотника.

Свежий заряд под давлением, создаваемым винтовой лопастью 16, вращающейся вместе с золотником 7, поступает в камеру сгорания 1 из полости 22 при совпадении окон 17 золотника 7, окон 19 втулки 8 и окон 21 цилиндра 9.

Отработанные газы из камеры сгорания 1 выводятся через щели 22 цилиндра 9 в коллектор 25.

При изменении степени сжатия осевое перемещение головки 3 вызывает осевое перемещение втулки 8, т.е. изменяет положение профилированных окон 19 относительно оси окон 20 цилиндров 9, обеспечивая соответствие фаз газораспределения степени сжатия. Осевое перемещение обеспечивают внешние параллельные выступы 12 головки 3, в зазор между которыми вставлены выступы 20 втулки 8. Фиксаторы 26 блокируют вращения втулки 8 при вращении головки 2, т.к. они вставлены в пазы между ребрами цилиндра 9.

При этом смеситель 6 обеспечивает соответствие цетанового числа топлива степени сжатия.

При увеличении оборотов двигателя под действием центробежного регулятора 18 золотник 7 перемещается вдоль оси вращения, тем самым обеспечивая необходимое сечение окон 17 золотника 7 относительно среднего сечения окон 19 и 21, т.е. соответствие фаз газораспределения оборотам двигателя.

Охлаждение цилиндра 2, втулки 8, золотника 7 и головки 3, а также создание наддувочного давления в полости 23 обеспечивается торцевой винтовой лопастью 16.

Воздух движется по следующему маршруту: атмосфера - винтовая лопасть 16, после чего она разделяется золотником 7 на две части: первая через полость 23 подается в камеру сгорания 1, вторая часть через полость 24, охлаждая по пути цилиндр 9, втулку 8, золотник 7, выводится в атмосферу и через полости 11, охлаждая головку 3 и форсунку 13, также выводится в атмосферу.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечит повышение мощностных и экономических показателей двигателя с регулируемой степенью сжатия на 10-15% вследствие:
1. повышения надежности регулирования фаз газораспределения в зависимости от степени сжатия и оборотов двигателя;
2. выполнения винтовой лопастью золотника функций механического нагнетателя воздуха и вентилятора для принудительного воздушного охлаждения.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с регулированием степени сжатия перемещением головки, с регулируемыми фазами газораспределения в зависимости от степени сжатия и оборотов двигателя и позволяет повысить надежность, мощностные и экономические показатели двигателя за счет выполнения газораспределительным механизмом функций механического нагнетателя и вентилятора принудительного охлаждения. Техническое решение заключается в том, что вставленные друг в друга цилиндр, втулка и золотник имеют радиальные отверстия. Окна втулки и золотника профилированы. Изменение положения среднего сечения окон втулки относительно среднего сечения окон цилиндра обеспечивает соответствие фаз заданной степени сжатия, а изменение положения окон золотника относительно окон втулки обеспечивает соответствие фаз газораспределения заданным оборотам. При этом вращение золотника обеспечивает впуск-выпуск и продувку, а его торцевая лопасть обеспечивает нагнетание воздуха в камеры сгорания и воздушное охлаждение двигателя. 5 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия, содержащий цилиндр с впускными окнами и выпускными щелями и головку цилиндра, установленную с возможностью осевого перемещения и снабженную механизмом привода, отличающийся тем, что он имеет цилиндрический золотник с корпусом и втулку, снабженные диаметральными профилированными впускными окнами, золотник связан с шестерней привода вращения и центробежным регулятором и охватывает втулку, которая связана с головкой цилиндра посредством выступа, входящего в зазор между двух параллельных кольцевых выступов втулки. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что золотник имеет торцевую винтовую лопасть, а поверхность цилиндра имеет ребра; двигатель содержит полость наддува, образованную золотником и его корпусом, и полость охлаждения, образованную поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью втулки.