УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ 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 регулирования объема камеры сгорания.

Известно устройство для регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана (см. заявку Великобритании 2033960, опубл. 29.05.1980).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду плохой очистки паразитного (мертвого) объема камеры сгорания, невозможности регулирования объема камеры сгорания и степени сжатия в зависимости от режима работы двигателя и недостаточно надежная работа устройства.

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

Поставленная задача достигается тем, что устройство для регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана, согласно изобретению подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом для выпускного клапана и содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана, при этом выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана снабжена уплотняющими элементами, верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана, камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана, стержень снабжен пружиной, расположенной со стороны распределительного вала, с возможностью обеспечения связи между подклапанным стаканом и рабочим органом приводного механизма подклапанного стакана, между штоками впускного и выпускного клапанов и кулачками распределительного вала установлены компенсаторы зазора, причем при минимальных нагрузках двигателя и запуске подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение в сторону поршня, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен максимальный зазор, а при увеличении нагрузки на двигатель подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в противоположную от поршня сторону под действием пружины, увеличивая при этом объем камеры сгорания и уменьшая степень сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов уменьшена величина зазора, причем при номинальной нагрузке на двигатель подклапанный стакан выполнен с возможностью смещения в крайнее верхнее относительно поршня положение, обеспечивая при этом увеличение объема камеры сгорания до максимальной величины и уменьшение степени сжатия до минимальной величины, а между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен минимальный зазор.

При остановке двигателя подклапанный стакан может быть выполнен с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение относительно поршня, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия.

Рабочий орган приводного механизма подклапанного стакана может быть выполнен в виде втулки, установленной в кольцевое цилиндрическое углубление, выполненное по периметру днища отверстия подклапанного стакана.

Днище отверстия подклапанного стакана совместно с торцевой стороной втулки может образовывать опорную площадку для подклапанного стакана при работе двигателя на номинальной мощности.

Торцевая сторона втулки может образовывать опорную поверхность для подклапанного стакана при работе двигателя на режимах от минимального до номинального.

Опорная поверхность может быть выполнена ребристой для сообщения объема между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана с впускным трактом.

Оси отверстий для штоков клапанов могут проходить через отверстие втулки.

Отверстие втулки может быть расположено между осями отверстий для штоков клапанов.

Втулка дополнительно может быть связана с дополнительным приводным механизмом подклапанного стакана с возможностью перемещения в сторону, противоположную от поршня от дополнительного приводного механизма.

Втулка может быть связана с одним приводным механизмом подклапанного стакана с возможностью перемещения как в сторону, противоположную от поршня, так и в сторону поршня.

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или электрическим, или механическим и может быть снабжен блоком управления.

Днище подклапанного стакана напротив отверстия для свечи зажигания может быть снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище подклапанного стакана может быть снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище поршня напротив отверстия для свечи зажигания может быть снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище поршня может быть снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива.

Компенсатор зазора может быть выполнен в виде подвижных клиновидных элементов, расположенных между штоками впускного и выпускного клапанов и кулачками распределительного вала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 показано устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания, вариант с отверстием втулки, расположенным между осями отверстий для штоков клапанов;
на фиг. 2 - вариант выполнения устройства с осями отверстий для штоков клапанов, проходящими через отверстие втулки;
на фиг.3 - конструкция подклапанного стакана, вид А-А на фиг.1;
на фиг.4 - конструкция подклапанного стакана, вид Б-Б на фиг.1.

Устройство для регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны 4 и 5, и впускной и выпускной тракты 6 и 7. Подвижный цилиндрический подклапанный стакан 8 установлен в отверстии 9 подклапанного стакана головки 3 цилиндра. Имеется распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов 4 и 5 и приводной механизм подклапанного стакана 8 (не показаны). Подклапанный стакан 8 со стороны поршня снабжен седлом 11 впускного клапана 4 и седлом 12 для выпускного клапана 5. Кроме того, подклапанный стакан 8 содержит впускной и выпускной каналы 14 и 15 с впускными и выпускными окнами, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана 8. Выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана 8 снабжена уплотняющими элементами 16. Верхняя торцевая поверхность 13 подклапанного стакана 8 снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем 17, отверстиями 18 для штоков клапанов и отверстием 19, соединяющим впускной канал 14 подклапанного стакана 8 с объемом между верхней торцевой поверхностью 13 подклапанного стакана и днищем 20 отверстия 9 подклапанного стакана. Камера сгорания 21 образована днищем поршня 2, днищами подклапанного стакана 8, впускных и выпускных клапанов 4 и 5 и стенками отверстия 9 подклапанного стакана и может быть снабжена не менее одной свечой зажигания 10. Направляющий стержень 17 снабжен пружиной 23, расположенной со стороны распределительного вала, с возможностью обеспечения связи между подклапанным стаканом 8 и рабочим органом приводного механизма подклапанного стакана.

Рабочий орган приводного механизма подклапанного стакана может быть выполнен в виде втулки 22, установленной в кольцевое цилиндрическое углубление, выполненное по периметру днища отверстия 9 подклапанного стакана.

Днище 20 отверстия подклапанного стакана совместно с торцевой стороной втулки 22 может образовывать опорную площадку для подклапанного стакана при работе двигателя на номинальной мощности.

Торцевая сторона втулки 22 может образовывать опорную поверхность для подклапанного стакана при работе двигателя на режимах от минимального до номинального.

Опорная поверхность может быть выполнена ребристой для сообщения объема между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана с впускным трактом.

Оси отверстий 18 для штоков клапанов 4 и 5 могут проходить через отверстие втулки 22 (см. фиг.2).

Отверстие втулки 22 может быть расположено между осями отверстий 18 для штоков клапанов (см. фиг.1).

Втулка 22 дополнительно может быть связана с дополнительным приводным механизмом (не показан) подклапанного стакана 8 с возможностью перемещения в сторону, противоположную от поршня 2 от дополнительного приводного механизма.

Втулка 22 может быть связана с одним приводным механизмом подклапанного стакана 8 с возможностью перемещения как в сторону, противоположную от поршня 2, так и в сторону поршня 2.

Приводной механизм подклапанного стакана 8 может быть выполнен или гидравлическим, или электрическим, или механическим и может быть снабжен блоком управления (не показан).

Днище подклапанного стакана 8 напротив отверстия для свечи зажигания 10 может быть снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище подклапанного стакана 8 может быть снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище поршня 2 напротив отверстия для свечи зажигания 10 может быть снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Днище поршня 2 может быть снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины.

Устройство работает следующим образом. При минимальных нагрузках двигателя и запуске по сигналу блока управления втулка 22 перемещает подклапанный стакан 8 в крайнее нижнее положение в сторону поршня 2. Это обеспечивает минимальный объем камеры сгорания 21 и максимальную степень сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен максимальный зазор, а компенсатор зазора обеспечивает перемещение клиновидных элементов, сохраняя требуемую величину зазора. В результате в процессе впуска в цилиндр 1 двигателя поступает необходимое количество рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) для запуска двигателя или для работы на минимальной нагрузке. После подачи необходимого количества рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) начинается цикл сжатия, при котором устанавливается максимальная степень сжатия, наиболее эффективная для этого режима нагрузки двигателя.

При увеличении нагрузки на двигатель по сигналу блока управления втулка 22, сохраняющая кинематическую связь с приводным механизмом за счет пружины 23, перемещает подклапанный стакан 8 в противоположную от поршня 2 сторону. Это приводит к увеличению объема камеры сгорания 21 и уменьшению степени сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов уменьшается величина зазора и компенсатор зазора смещает клиновидные элементы, сохраняя требуемый зазор. При промежуточных нагрузках подклапанный стакан 8 опирается на торцевую поверхность втулки 22. В результате в процессе впуска в цилиндр 1 двигателя поступает необходимое количество рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) для данной промежуточной нагрузки. После подачи необходимого количества рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) начинается цикл сжатия, при котором устанавливается оптимальная степень сжатия, меньшая максимальной величины, наиболее эффективная для этого режима нагрузки двигателя.

На номинальной нагрузке на двигатель по сигналу блока управления втулка 22 смещает подклапанный стакан 8 в крайнее верхнее положение относительно поршня 2, обеспечивая при этом увеличение объема камеры сгорания 21 до максимальной величины и уменьшение степени сжатия до минимальной величины, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен минимальный зазор, а компенсатор обеспечивает перемещение клиновидных элементов для сохранения требуемого зазора. В результате в процессе впуска в цилиндр 1 двигателя поступает необходимое количество рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) для номинальной нагрузки. После подачи необходимого количества рабочего заряда (воздуха или топливно-воздушной смеси) начинается цикл сжатия, при котором устанавливается минимальная степень сжатия, наиболее эффективная для этого режима нагрузки двигателя.

При остановке двигателя по сигналу блока управления втулка 8 перемещает подклапанный стакан 8 в крайнее нижнее положение относительно поршня 2, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания 21 и максимальную степень сжатия, подготавливая тем самым устройство для будущего запуска двигателя.

Перемещение подклапанного стакана 8 может происходить под действием гидравлического приводного механизма, например, известного из а.с. СССР 1288319, или механического, например, с помощью соответствующим образом спрофилированных кулачков, выполненных на распределительном валу и кинематически связанных с втулкой через толкатель, или электромагнитного (силового электромагнита), сердечник которого кинематически связан через толкатель с втулкой 8.

Изобретение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. Устройство содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра с впускным и выпускным клапанами, подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана. Подклапанный стакан снабжен седлами для впускного и выпускного клапанов и содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна. Верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана. Камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана. При минимальных нагрузках двигателя и запуске подклапанный стакан перемещается в крайнее нижнее положение в сторону поршня, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, при этом компенсаторы зазора установлены на максимальный зазор. При увеличении нагрузки на двигатель подклапанный стакан перемещается в противоположную от поршня сторону под действием пружины, увеличивая при этом объем камеры сгорания и уменьшая степень сжатия, при этом компенсаторы зазора уменьшают величину зазора. При номинальной нагрузке на двигатель подклапанный стакан перемещается в крайнее верхнее относительно поршня положение, обеспечивая при этом увеличение объема камеры сгорания до максимальной величины и уменьшение степени сжатия до минимальной величины, а компенсаторы зазора установлены на минимальный зазор. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) двигателя, снижении расхода топлива, увеличении эффективности работы двигателя и повышении надежности устройства. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для регулирования объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов, и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана, отличающееся тем, что подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом для впускного клапана, содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана, при этом выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана снабжена уплотняющими элементами, верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана, камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана, стержень снабжен пружиной, расположенной со стороны распределительного вала, с возможностью обеспечения связи между подклапанным стаканом и рабочим органом приводного механизма подклапанного стакана, между штоками впускного и выпускного клапанов и кулачками распределительного вала установлены компенсаторы зазора, причем, при минимальных нагрузках двигателя и запуске, подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение в сторону поршня, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен максимальный зазор, а при увеличении нагрузки на двигатель подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в противоположную от поршня сторону под действием пружины, увеличивая при этом объем камеры сгорания и уменьшая степень сжатия, при этом между кулачками распределительного вала и штоками клапанов уменьшена величина зазора, причем при номинальной нагрузке на двигатель подклапанный стакан выполнен с возможностью смещения в крайнее верхнее относительно поршня положение, обеспечивая при этом увеличение объема камеры сгорания до максимальной величины и уменьшение степени сжатия до минимальной величины, а между кулачками распределительного вала и штоками клапанов установлен минимальный зазор. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при остановке двигателя подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее нижнее положение относительно поршня, обеспечивая минимальный объем камеры сгорания и максимальную степень сжатия. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что рабочий орган приводного механизма подклапанного стакана выполнен в виде втулки, установленной в кольцевое цилиндрическое углубление, выполненное по периметру днища отверстия подклапанного стакана. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что днище отверстия подклапанного стакана совместно с торцевой стороной втулки образует опорную площадку для подклапанного стакана при работе двигателя на номинальной мощности. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что торцевая сторона втулки образует опорную поверхность для подклапанного стакана при работе двигателя на режимах от минимального до номинального. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что опорная поверхность выполнена ребристой для сообщения объема между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана с впускным трактом. 7. Устройство по любому из пп.3-6, отличающееся тем, что оси отверстий для штоков клапанов проходят через отверстие втулки. 8. Устройство по любому из пп. 3-6, отличающееся тем, что отверстие втулки расположено между осями отверстий для штоков клапанов. 9. Устройство по любому из пп.3-8, отличающееся тем, что втулка дополнительно связана с дополнительным приводным механизмом подклапанного стакана с возможностью перемещения в сторону, противоположную от поршня, от дополнительного приводного механизма. 10. Устройство по любому из пп.3-8, отличающееся тем, что втулка связана с одним приводным механизмом подклапанного стакана с возможностью перемещения как в сторону, противоположную от поршня, так и в сторону поршня. 11. Устройство по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что приводной механизм подклапанного стакана выполнен или гидравлическим, или электрическим, или механическим и снабжен блоком управления. 12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что днище подклапанного стакана напротив отверстия для свечи зажигания снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины. 13. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что днище подклапанного стакана снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины. 14. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что днище поршня напротив отверстия для свечи зажигания снабжено желобом для искры зажигания при объеме камеры сгорания меньше максимальной величины. 15. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что днище поршня снабжено дополнительном желобом для впрыска топлива. 16. Устройство по любому из пп.1-15, отличающееся тем, что компенсатор зазора выполнен в виде подвижных клиновидных элементов, расположенных между штоками впускного и выпускного клапанов и кулачками распределительного вала.