УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕМА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И КОМПРЕССИИ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК F02B75/04 F02D15/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству для регулирования объема камеры сгорания и компрессии в камере сгорания поршневого двигателя, содержащему устройство для смещения цилиндровой части двигателя по отношению к его картерной части, при этом цилиндровая часть смещается по отношению к картерной части посредством перемещения скольжения в сторону.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Торцевой зазор является одним из самых важных факторов в конструкции двигателей. Чем меньше этот зазор, тем меньше потребление топлива и меньше выбросы в атмосферу так называемых выхлопных газов. Поэтому возможность определения и регулирования расстояния между верхним торцом поршня или головкой поршня и цилиндром при работе двигателя, а также при различных нагрузках и температурах являлась бы преимуществом.

На основе измерения торцевого зазора при соответствующих условиях можно было бы построить расчетные модели, описывающие торцевой зазор с большей точностью, чем современные теоретические модели, такие как FEM (эмиссионная автоэлектронная спектроскопия).

В патенте ФРГ №4211589 описан двигатель, который имеет перемещающее устройство для перемещения цилиндровой части двигателя относительно его картерной части в боковом направлении для изменения степени сжатия двигателя. Однако в патенте ФРГ №4211589 ничего не говорится ни об индивидуальном контроле степени сжатия в различных цилиндрах, ни об оптимизации работы различных цилиндров по отдельности.

Целью изобретения является создание устройства, в котором преодолены недостатки известного устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к вышеописанному устройству, отличающемуся тем, что оно включает по меньшей мере два цилиндра и смещающие средства для смещения цилиндровых частей индивидуально для каждого цилиндра, содержащие удаляемый распорный элемент, установленный между цилиндровой частью и указанными средствами с тем, чтобы в индивидуальном порядке заранее установить смещение цилиндровых частей. Таким образом, цилиндровая часть установлена с возможностью смещения по отношению к картерной части вдоль общей плоскости скольжения между цилиндровой частью и картерной частью. Предпочтительно, цилиндровая часть содержит первый фланец, а картер содержит соответствующий ему второй фланец, установленный так, чтобы входить в зацепление с первым фланцем, при этом устройство содержит средства смещения цилиндровой части двигателя по отношению к его картерной части посредством перемещения скольжения этих двух фланцев друг относительно друга. Смещение между цилиндровой частью двигателя и его картерной частью предпочтительно соотносится с полученной величиной торцевого зазора или рассчитано по алгоритму, с использованием полученной величины торцевого зазора.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения средства воздействия на компрессию двигателя включают средства перемещения цилиндровых частей двигателя по отношению к его картерным частям.

Далее, двигатель содержит по меньшей мере два цилиндра, каждый из которых снабжен предназначенным для него вихретоковым датчиком, при этом устройство содержит средства воздействия на компрессию каждого цилиндра по отдельности.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения представлены в нижеследующем подробном описании предпочтительных вариантов выполнения изобретения и приложенной формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные примеры изобретения далее описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

На фиг.1 представлена схема вихретокового датчика согласно одному из примеров реализации изобретения.

На фиг.2 схематически изображено поперечное сечение первого примера реализации устройства согласно изобретению для определения верхней мертвой точки положения поршня.

На фиг.3 схематически изображено поперечное сечение устройства согласно изобретению для определения верхней мертвой точки положения поршня и поршень.

На фиг.4 схематически изображено поперечное сечение альтернативного примера реализации устройства согласно изобретению.

На фиг.5 представлен вид сбоку заглушки для размещения в отверстии в цилиндровой части для замены вихретокового датчика.

На фиг.6 схематически изображено поперечное сечение устройства для регулирования компрессии поршневого двигателя.

На фиг.7 схематически изображено поперечное сечение альтернативного примера реализации устройства для регулирования компрессии поршневого двигателя.

На фиг.8 представлено поперечное сечение по линии А-А на фиг.7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 показан пример реализации вихретокового датчика 1 согласно изобретению. Датчик 1 содержит две катушки 2, 3, соединенные в виде моста Витстона. Эти катушки 2, 3 запитаны от переменного тока высокой частоты, величина которого составляет от 50 КГц до 10 МГц, предпочтительно 125 КГц, от цепи генератора 4.

Нижняя катушка 2 расположена близко к внутренней поверхности цилиндра двигателя (не показан) и представляет собой измерительную катушку. Верхняя катушка 3, расположенная несколько дальше от внутренней поверхности, представляет собой эталонную катушку для индикации температурных отклонений и флуктуации датчика. Поскольку результат измерения с помощью измерительной катушки 2 изменяется с изменением температуры, устройство согласно изобретению может содержать множество датчиков температуры. Альтернативно или дополнительно устройство может быть снабжено средствами охлаждения датчика 1 водой для достижения более постоянной температуры.

Датчик 1 создает магнитное поле. Головка 5 поршня, выполненная из электропроводного материала, подвергается воздействию магнитного поля в тот момент, когда она достигает своего положения верхней мертвой точки. При этом в головке 5 поршня возникают вихревые токи. Электромагнитное поле по большей части практически полностью создается измерительной катушкой 2.

Если головка 5 поршня содержит ферромагнитный материал, индуктивная составляющая реактивного сопротивления катушки 2 увеличится вследствие высокой проницаемости головки 5 поршня. Если головка 5 поршня содержит немагнитный материал, электромагнитное поле катушки 2 возбудит вихревые токи на поверхности головки 5 поршня. Электромагнитное поле, созданное в головке 5 поршня, будет взаимодействовать с магнитным полем катушки 2 и, таким образом, вызовет изменения реактивного сопротивления катушки 2. Амплитуда изменения реактивного сопротивления зависит от расстояния между катушкой 2 и головкой 5 поршня.

Сопротивление и проницаемость материала головки поршня будет определять работу устройства. Немагнитные материалы, такие как алюминий, медь, золото, и т.п., имеют низкое сопротивление и проницаемость в области 1. Это приведет к относительно высокой чувствительности и к возможности измерения большого расстояния. Высокое сопротивление и/или проницаемость материалов, таких как железо или никель-сталь, в противоположность, приведет к эффективному возбуждению вихревых токов. Оптимальным материалом поршня является алюминий.

Для получения наилучших результатов перед использованием датчика 1 следует провести его калибровку в рабочем положении в цилиндре двигателя относительно такого же материала, из которого изготовлена головка поршня.

Датчик 1 должен быть устойчивым в жестких условиях работы в камере сгорания 11 в особенности в условиях изменения температуры и давления, которые имеют место в двигателе во время его работы. Поэтому датчик 1 предварительно нагружен с усилием, превышающим давление газов в рабочем цикле двигателя.

Как видно на Фиг.2, углы или края датчика, максимально приближенные к камере сгорания 11, защищены посредством защитного экрана 7 из неэлектропроводного материала, в данном случае керамического кольца, выполненного из нитрида бора.

На Фиг.2 видно, что корпус датчика 1 соединен со втулкой 8. Корпус датчика 1 и втулка 8 образуют удлиненный элемент, который вставлен в высверленное отверстие, проходящее через внешнюю стенку 9 головки цилиндра двигателя и через внутреннюю стенку 10 указанной головки. Между этими двумя стенками проходит канал для охлаждающей воды. Соответственно, датчик также подвергается охлаждению, которое обеспечивает система охлаждения двигателя. Резьбовой стопорный элемент 12 присоединен к втулке 8 и находится в зацеплении с резьбой 13 на внутренней периферии высверленного отверстия во внешней стенке 9. Посредством стопорного элемента 12 вертикальное усилие на устройство передается стенке 9.

Согласно примеру реализации изобретения, показанному на Фиг.3, для предотвращения выпадения керамического кольца 7 из камеры сгорания 11 предусмотрены средства 14. Средства 14 вворачиваются по резьбе во внутреннюю стенку 10 с ее внутренней стороны. На Фиг.3 также показана выемка 15 на головке 5 поршня. Следует отметить, что различия в поверхностной структуре головки 5 поршня не влияют на точность измерений, поскольку вихретоковый датчик 1 считывает среднее значение общей поверхности, охватываемой магнитным полем.

После калибровки и регулирования измеряемой величины, даже если такая калибровка проводится по типу используемого топлива, вихретоковый датчик 1, настроенный затем на данный двигатель, может быть использован для измерения того, в какой степени двигатель и каждая из исследуемых частей конструкции двигателя подвергается физическому воздействию или оказывает воздействие на торцевой зазор при разных оборотах двигателя, температуре и нагрузках. Кроме того, на основе измерений посредством датчика 1 можно определить также наклон поршня и общий эффект от таких различных факторов как скольжение, кручение, и т.п., а также от масляных пленок.

На Фиг.4 показан альтернативный пример реализации, в котором втулка 8 проходит вокруг корпуса датчика 1 и снабжена резьбой 16 и находится в зацеплении с соответствующей резьбой на высверленном отверстии во внутренней стенке 10. Внутренняя втулка 8' расположена внутри втулки 8. Внутренняя втулка 8' проходит от датчика 1 к стопорному элементу 12. Она выполнена с возможностью смещения внутри внешней втулки 8 и предварительно поджата к датчику посредством стопорного элемента 12. Таким образом, датчик может быть предварительно поджат посредством стопорного элемента 12. Внешняя и внутренняя втулки 8 и 8' предпочтительно снабжены средствами зацепления, такими как желобок, выступ и т.п. (не показано), с тем, чтобы их можно было выкрутить из высверленных отверстий в цилиндре снаружи цилиндра при помощи любых средств, обеспечивающих вращающий момент, например отвертки. После установки и работы, например, с тем чтобы измерить торцевой зазор при нормальной работе двигателя, датчик 1 и присоединенная к нему втулка 8 могут быть заменены резьбовой заглушкой 17, показанной на Фиг.5. Измерения также могут быть проведены с целью калибровки вычислительной системы конкретного двигателя для расчета торцевого зазора перед поставкой двигателя потребителю. Датчик 1 устанавливают таким образом, что его можно было извлечь снаружи головки поршня. Предпочтительно снабдить резьбу любым видом резьбового уплотнения, помещаемого между резьбами, находящимися в зацеплении друг с другом.

На Фиг.6 показано устройство для регулирования или контролирования компрессии в камере сгорания 11 при работе двигателя. Устройство смещает цилиндровую часть 18 узла мотора по отношению к его картерной части 19. При этом расстояние между торцом головки поршня 5 и внутренней поверхностью цилиндра можно изменять или поддерживать по-существу постоянным при различных оборотах двигателя, нагрузках и температурах двигателя.

Цилиндровая часть 18 содержит первый фланец 21, а картерная часть 19 содержит соответствующий фланец 22, выполненный так, чтобы входить в зацепление с первым фланцем 21, при этом устройство содержит средства 20 для смещения цилиндровой части 18 по отношению к картерной части 19 посредством скольжения указанных фланцев 21, 22 относительно друг друга.

В устройстве на Фиг.6 позицией 20 обозначен узел "гидравлический поршень/цилиндр" для смещения цилиндровой части 18 в сторону по отношению к картерной части 19. Удаляемый распорный элемент, предпочтительно прокладочная шайба 29, может быть установлен между узлом "гидравлический поршень/цилиндр" и цилиндровой частью 18 с тем, чтобы в индивидуальном порядке заранее установить смещение цилиндровой части 18, например, перед тем, как цилиндр будет, возможно, прочно соединен с другими цилиндрами. Альтернативно, вместо узла "гидравлический поршень/цилиндр" в этом месте можно установить резьбовую конструкцию, имеющую по-существу то же назначение и выполняющую такую же функцию.

На Фиг.7 показан альтернативный вариант устройства, изображенного на Фиг.6, которое содержит вращающиеся валки 24 или аналогичные элементы, установленные эксцентрично и в общем случае имеющие цилиндрическую форму. Валки 24 могут вращаться вокруг оси 25, которая смещена относительно центральной оси соответствующего валка 24. Валок или валки 24 установлены на приводном блоке (не показан на Фиг.7). Позицией 26 обозначен каблук или ленточная опора на первом фланце 21. Каблук предпочтительнее в том случае, когда цилиндры цилиндровой части установлены по отдельности, а ленточная опора предпочтительнее, когда цилиндры установлены на одном основании. Валки или цилиндры 24 находятся в зацеплении с соответствующими каблуками или ленточными опорами 26 и вызывают смещение цилиндровой части 18 по отношению к картерной части 19 при их качении.

Устройство может быть снабжено средствами 27, такими как прорезиненная ткань, для создания закрытой системы, в которой изолированы поверхности скольжения и, возможно, смазочное масло, которое может на них находиться.

На Фиг.7 показано также кольцо или подшипник 28, установленный на валке 24. Кольцо 28 выполнено из такого материала, который уменьшает трение между валками и 24 и каблуком/лентой 26.

Двигатели с раздельными цилиндрами могут иметь отдельные кольца или подшипники 28 для каждого цилиндра с тем, чтобы регулировать каждый цилиндр индивидуально, например, по отношению к номинальному цилиндру.

Конструкция возможного поперечного сечения зацепления частей 21 и 22 показана на Фиг.8, что обеспечивает устойчивое положение частей 21 и 22 в боковом направлении.

В отношении всего, что было описано выше в качестве примера, следует понимать, что возможно также множество альтернативных вариантов, очевидных для специалиста, которые не будут отступать от области изобретения в том виде, как оно описано в прилагаемой формуле изобретения, основанной на описании и сопровождающих фигурах.

Следует также понимать, что устройство согласно изобретению может содержать всего один вихретоковый датчик 1 для определения торцевого зазора отдельного поршня, при этом измеренный таким образом торцевой зазор может быть использован в качестве базиса для регулирования торцевого зазора и/или компрессии этого индивидуального цилиндра или множества цилиндров многоцилиндрового двигателя. Определение торцевого зазора, т.е. верхней мертвой точки, может проводиться на регулярной основе с тем, чтобы полученную величину можно было использовать для одновременного регулирования компрессии двигателя. Вместе с тем, такое определение можно проводить нерегулярно, например, для обновления алгоритма, на основе которого регулируют компрессию двигателя.

Вихретоковый датчик 1 всегда должен быть адаптирован к преобладающим условиям работы, таким как используемое топливо, температура и другие характеристики двигателя. Поэтому более или менее регулярно может понадобится калибровка датчика.

Как видно на Фиг.7, существует предпочтительный угол поворота α поверхности скольжения 21, 22 относительно горизонтальной плоскости, который составляет от минус 15 до 15 градусов.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам изменения степени сжатия в поршневых двигателях. Технический результат заключается в возможности оптимизации работы цилиндров двигателя по отдельности. Согласно изобретению поршневой двигатель, включающий в себя по меньшей мере два цилиндра, оборудован устройством, обеспечивающим возможность смещения цилиндровой части индивидуально для каждого цилиндра по отношению к картерной части двигателя. При этом цилиндровые части смещаются по отношению к картерной части посредством скольжения в сторону вдоль плоскости, имеющей наклон по отношению к горизонтальной поверхности. Смещение цилиндровых частей обеспечивается за счет смещающих средств, выполненных либо в виде гидроцилиндра, либо в виде эксцентрично установленных валков. Между цилиндровой частью и указанными смещающими средствами установлен удаляемый распорный элемент, обеспечивающий установку предварительного индивидуального смещения цилиндровых частей. Для контроля степени сжатия в двигателе применяют вихретоковые датчики. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для регулирования объема камеры сгорания и компрессии в камере сгорания поршневого двигателя, имеющего смещающие средства (20, 24) для смещения его цилиндровой части (18) по отношению к его картерной части (19), при этом цилиндровая часть (18) смещается по отношению к картерной части (19) посредством скольжения в сторону по отношению к картерной части (19), отличающееся тем, что устройство содержит по меньшей мере два цилиндра и средства (29, 28) смещения цилиндровой части (18) индивидуально для каждого цилиндра, содержащие удаляемый распорный элемент, установленный между цилиндровой частью (18) и указанными смещающими средствами (20, 24) с тем, чтобы в индивидуальном порядке заранее установить смещение цилиндровых частей (18).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные смещающие средства (20), включают узел «поршень/цилиндр», а средства (29) индивидуального смещения цилиндровой части (18) содержат прокладочную шайбу (29).3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что указанные средства (24) содержат установленные эксцентрично валки, при этом валки (24) снабжены отдельными для каждого цилиндра кольцами или подшипниками для регулирования смещения каждого цилиндра по отдельности.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что имеется угол наклона между поверхностью скольжения цилиндровой части и картерной части и горизонтальной поверхностью, который предпочтительно составляет от -15 до 15°.5. Устройство по любому из пп.1, 2 или 4, отличающееся тем, что цилиндровая часть (18) выполнена с возможностью смещения по отношению к картерной части (19) посредством перемещения вдоль общей плоскости скольжения проходящей между цилиндровой частью (18) и картерной частью (19).6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что двигатель содержит по меньшей мере два цилиндра, каждый из которых снабжен предназначенным для него вихретоковым датчиком (1).