УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ПАРАЗИТНОГО ОБЪЕМА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02D15/04 F02B75/04 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с устройствами для изменения рабочего объема камеры сгорания.

Известно устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапаного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанных стаканов, причем подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана (см. авторское свидетельство СССР 1288319, МПК F 02 B 19/14, опубл. 07.02.1987).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду плохой очистки паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и невозможности получения наиболее эффективного объема камеры сгорания при различных тактах рабочего процесса.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива и увеличение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапаного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана, согласно изобретению на наружной стороне подклапанного стакана установлен уплотняющий элемент, на противоположной от поршня стороне подклапанного стакана выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток, причем при рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня положении подклапанный стакан с впускным клапаном отделяет камеру сгорания, образованную днищем поршня, днищами подклапанного стакана и впускного клапана и стенками отверстия подклапанного стакана от впускного тракта, на такте выхлопа подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения вместе с впускным клапаном навстречу поршню, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания, а в крайнем нижнем положении относительно верхней мертвой точки (ВМТ) поршня отделяет камеру сгорания от полости цилиндра, на такте всасывания при перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение относительно поршня, впускной клапан - с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение относительно поршня, а после завершения такта всасывания впускной клапан выполнен с возможностью закрытия при неизменном положении подклапанного стакана.

Подклапанный стакан может быть снабжен дополнительным седлом выхлопного клапана, дополнительным отверстием для соединения с выхлопным трактом двигателя и перегородкой между впускным и выхлопным клапанами.

Выхлопной клапан может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, совпадающем с движением поршня к ВМТ.

Выхлопной клапан может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, противоположном движению поршня к ВМТ, в этом случае в днище поршня может быть выполнена выемка для выхлопного клапана.

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или в виде кулачков на распределительном валу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показано устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем верхнем положении при рабочем такте;
на фиг. 2 - устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем нижнем положении во время такта выхлопа при открытом выхлопном клапане;
на фиг. 3 - устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом в крайнем нижнем положении во время такта выхлопа при закрытом выхлопном клапане;
на фиг. 4 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с открытым впускным клапаном на такте всасывания и с выхлопным клапаном, который открывается на такте выхлопа в направлении, противоположном направлению движения поршня к ВМТ;
на фиг. 5 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с открытым впускным клапаном на такте всасывания и с выхлопным клапаном, который открывается на такте выхлопа в направлении, совпадающем с направлением движения поршня к ВМТ;
на фиг. 6 - пример выполнения устройства для изменения рабочего объема камеры сгорания с подклапанным стаканом, имеющим седла для впускного и выхлопного клапанов.

Устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны 4 и 5 соответственно, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан 6, установленный в отверстии подклапаного стакана головки 3 цилиндра. Имеются распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана (не показаны). Подклапанный стакан 6 со стороны впускного тракта 12 двигателя снабжен отверстием 8 для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом 7 для впускного клапана 4. На наружной стороне подклапанного стакана 6 установлен уплотняющий элемент 10, на противоположной от поршня 2 стороне подклапанного стакана 6 выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток 9. При рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11, образованную днищем поршня 2, днищами подклапанного стакана 6 и впускного клапана 4, а также стенками отверстия подклапанного стакана от впускного тракта 12. В этом случае камера сгорания 11 соединена с полостью 13 цилиндра.

Подклапанный стакан 6 может быть снабжен дополнительным седлом 7 для выхлопного клапана 5, дополнительным отверстием для соединения с выхлопным трактом двигателя и перегородкой 14 между впускным и выхлопным клапанами 4 и 5 с дополнительным уплотняющими элементами 16.

Выхлопной клапан 5 может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, совпадающем с движением поршня 2 к ВМТ (см. фиг.5).

Выхлопной клапан 5 может быть выполнен с возможностью открытия в направлении, противоположном движению поршня 2 к ВМТ, в этом случае в днище поршня может быть выполнена выемка 15 для выхлопного клапана (см. фиг.1-4).

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или в виде кулачков на распределительном валу (не показаны).

Устройство для изменения объема камеры сгорания работает следующим образом.

Во время рабочего такта после сгорания топлива поршень 2 перемещается к НМТ. В это время подклапанный стакан 6 находится в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении и подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от впускного тракта 12. В этом случае камера сгорания 11 соединена с полостью 13 цилиндра.

На такте выхлопа при открытом выхлопном клапане 5 подклапанный стакан 6 вместе с впускным клапаном 4 перемещается навстречу поршню 2, уменьшая паразитный (мертвый) объем камеры сгорания 11 и вытесняя из камеры сгорания отработавшие газы. Дойдя до крайнего нижнего положении относительно ВМТ поршня 2, подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от полости цилиндра 13, уменьшив паразитный (мертвый) объем камеры сгорания до нуля и полностью удалив при этом отработавшие газы из камеры сгорания 11 и полости цилиндра 13. После завершения такта выхлопа выхлопной клапан 5 закрывается.

На такте всасывания, когда поршень 2 перемещается от ВМТ к НМТ, подклапанный стакан 6 перемещается в крайнее верхнее положение, а впускной клапан 4 - в крайнее нижнее положение относительно поршня 2. При открытом впускном клапане 4 происходит процесс всасывания воздуха или топливовоздушной смеси. После завершения такта всасывания, когда поршень 2 опускается в НМТ, впускной клапан 4 закрывается при неизменном положении подклапанного стакана 6 в крайнем верхнем положении.

После завершения такта всасывания, когда подклапанный стакан 6 находится в крайнем верхнем относительно поршня 2 положении и подклапанный стакан 6 с впускным клапаном 4 отделяет камеру сгорания 11 от впускного тракта 12, при перемещении поршня 2 от НМТ к ВМТ начинается такт сжатия рабочего заряда воздуха или топливовоздушной смеси.

После окончания такта сжатия в камеру сгорания подается топливо или электрическая искра, происходит сгорание топлива и начинается рабочий такт.

Перемещение подклапанного стакана 6 может происходить под действием гидравлического приводного механизма, например, такого как в прототипе - а. с. СССР 1288319, или с помощью соответствующим образом спрофилированных кулачков, выполненных на распределительном валу и обеспечивающих перемещение подклапанного стакана 6 для устранения паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и очистки ее от отработавших газов и устанавливающих наиболее эффективный объем камеры сгорания для проведения рабочего процесса двигателя.

Изобретение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания с устройствами для изменения рабочего объема камеры сгорания. Устройство содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана. Подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана. На наружной стороне подклапанного стакана установлен уплотняющий элемент, на противоположной от поршня стороне подклапанного стакана выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток. При рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня положении подклапанный стакан с впускным клапаном отделяет камеру сгорания от впускного тракта. На такте выхлопа подклапанный стакан перемещается навстречу поршню, устраняя паразитный (мертвый) объем камеры сгорания, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания, а в крайнем нижнем положении относительно верхней мертвой точки (ВМТ) поршня отделяет камеру сгорания от полости цилиндра. На такте всасывания при перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан перемещается в крайнее верхнее положение относительно поршня и открывается впускной клапан. После завершения такта всасывания впускной клапан закрывается при неизменном положении подклапанного стакана. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) двигателя, снижении расхода топлива и увеличении эффективности работы двигателя. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны, по меньшей мере, один подвижный цилиндрический подклапанный стакан, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов, и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны впускного тракта двигателя снабжен отверстием для впуска воздуха или топливовоздушной смеси, а со стороны поршня - седлом клапана, отличающееся тем, что на наружной стороне подклапанного стакана установлен уплотняющий элемент, на противоположной от поршня стороне подклапанного стакана выполнен, по меньшей мере, один направляющий шток, причем при рабочем такте в крайнем верхнем относительно поршня положении, подклапанный стакан с впускным клапаном отделяет камеру сгорания, образованную днищем поршня, днищами подклапанного стакана и впускного клапана и стенками отверстия подклапанного стакана от впускного тракта, на такте выхлопа подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения вместе с впускным клапаном навстречу поршню, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания, а в крайнем нижнем положении относительно верхней мертвой точки (ВМТ) поршня, отделяет камеру сгорания от полости цилиндра, на такте всасывания при перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение относительно поршня, впускной клапан - с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение относительно поршня, а после завершения такта всасывания впускной клапан выполнен с возможностью закрытия при неизменном положении подклапанного стакана. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подклапанный стакан снабжен дополнительным седлом для выхлопного клапана, дополнительным отверстием для соединения с выхлопным трактом двигателя и перегородкой между впускным и выхлопным клапанами. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выхлопной клапан выполнен с возможностью открытия в направлении, совпадающим с движением поршня к ВМТ. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выхлопной клапан выполнен с возможностью открытия в направлении, противоположном движению поршня к ВМТ. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в днище поршня выполнена выемка для выхлопного клапана. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что приводной механизм подклапанного стакана выполнен гидравлическим. 7. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что приводной механизм подклапанного стакана выполнен в виде кулачков на распределительном валу.