ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ ХОДОМ ПОРШНЯ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 2019 года по МПК F02B41/04 F02B75/04 F02B75/32 F02B75/02 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая частично продолжающая заявка испрашивает преимущество приоритета, согласно 35 U.S.C. §120, на основании заявки на патент США номер 13/900,395, поданной 22 мая 2013 года, которая заявляет приоритет, согласно 35 U.S.C. §119(e), на основании предварительной заявки на патент США номер 61/649,933, поданной 22 мая 2012 года, которые все полностью включены здесь путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, и в частности, к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Более конкретно, настоящее изобретение относится к исполнительному элементу и устройству для двигателей внутреннего сгорания с переменным ходом поршня.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором осуществляется сгорание топлива с окислителем в камере сгорания, являющейся неотъемлемой частью контура циркуляции рабочей текучей среды. В двигателе внутреннего сгорания расширение имеющих высокую температуру и высокое давление газов, получаемых в результате сгорания, непосредственно воздействует на некоторые компоненты двигателя, типично поршень. Это воздействие перемещает компонент на некоторое расстояние, преобразуя химическую энергию в полезную механическую энергию.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту, раскрытые варианты воплощения относятся к поршневому двигателю внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющему вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, причем двигатель включает в себя устройство, шарнирно соединенное с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительный элемент, соединенный с упомянутым устройством, в котором исполнительный элемент выполнен с возможностью управлять перемещением устройства, чтобы тем самым определять по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра.

Согласно другим аспектам, раскрытые здесь варианты воплощения относятся к способу работы поршневого двигателя внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющего вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных режимов двигателя, способ включает в себя обеспечение устройства, шарнирно соединенного с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительного элемента, соединенного с устройством, и работу исполнительного элемента, чтобы управлять перемещением устройства и тем самым определять по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение иллюстрируется на прилагаемых чертежах.

Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид направляющего устройства для поршневого механизма согласно варианту воплощения изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует вид в поперечном разрезе, перпендикулярно оси вращения коленчатого вала двигателя, имеющего направляющее устройство для поршневого механизма, показанное на фиг. 1, согласно варианту воплощения изобретения.

Фиг. 3 - вид, иллюстрирующий линейный исполнительный механизм с криволинейным направляющим устройством, согласно варианту воплощения изобретения.

Фиг. 4 и фиг. 5 - виды, иллюстрирующие линейный исполнительный механизм с пантографическим направляющим устройством, согласно варианту воплощения изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Аспекты, признаки и преимущества одного или более приведенных здесь вариантов воплощения описываются подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которые подобные ссылочные позиции обозначают подобные элементы. Раскрытые здесь варианты воплощения обеспечивают устройство и направляющее средство, или направляющее устройство, встроенные в поршневой механизм двигателя внутреннего сгорания с дифференциальным или переменным ходом поршня, которые могут быть встроены или отдельно или в виде одного устройства. В некоторых вариантах воплощения устройство может быть названо как «устройство роботизированной руки» («роботизированное устройство»). В других вариантах воплощения устройство может быть названо как «исполнительное устройство». Роботизированное устройство может быть прикреплено к блоку цилиндров или в другом месте, и иметь на одном конце рычажный механизм в виде руки, который продолжается в направлении оси цилиндра, чтобы перемещать шток поршня части поршня (например, первой или внутренней части поршня) по существу линейно в продольном направлении вдоль оси цилиндра.

Может быть предпочтительным, когда в реальном времени во время работы двигателя осуществляется непрерывная оптимизация комбинации четырех ходов поршня двигателя, в отношении перемещений и периодов, для обеспечения эффективности по топливу, мощности и эмиссии. Для этих целей может использоваться роботизированное устройство оптимизации, управляемое электронным блоком управления двигателя и имеющее роботизированную руку, которая продолжается в направлении оси цилиндра и непосредственно воздействует на шток поршня. Устройство роботизированной руки может быть соединено со штоком поршня, чтобы приводить в действие первую часть поршня. Роботизированное устройство может располагаться в стороне от камеры цилиндра и от подвижных частей поршневого механизма. Устройство роботизированной руки может быть выполнено с возможностью осуществлять многомерные перемещения, чтобы поддерживать линейное перемещение штока поршня и первой части поршня в продольном направлении вдоль оси цилиндра. В некоторых вариантах воплощения линейное роботизированное устройство или линейное исполнительное устройство, воздействующее на рычаг поршня, обеспечено для поддержания линейного перемещения штока поршня и первой части поршня в продольном направлении вдоль оси цилиндра.

На фиг. 1 показан схематический вид направляющего устройства для поршневого механизма согласно одному или более вариантам воплощения настоящего изобретения. Направляющее устройство (или механизм) 100 для поршневого механизма может быть встроено в поршневой механизм в двигателе внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня, иллюстрируемом на фиг. 2. Здесь «поршневой механизм» может включать в себя поршень, звено рычага поршня и направляющее устройство, которые соединены вместе в один механизм и выполнены с возможностью работать в двигателе. Направляющее устройство также может быть названо здесь как «управляющее и направляющее устройство» или «управляющий рычажный механизм».

Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня типично включает в себя блок 210 цилиндров, имеющий одно или более отверстий 212 цилиндра, и внутреннюю часть 220 поршня, расположенную внутри каждого из одного или более отверстий 212 цилиндра. Внутренняя часть 220 поршня может находиться в скользящем контакте со стенкой 213 соответствующего отверстия цилиндра. Шток 230 поршня соединен на первом конце 232 с внутренней частью 220 поршня, и шарнирно соединен на втором конце 234 со звеном 110 рычага поршня. Шарнирное соединение может определять точку 102 копирования, описываемую более подробно ниже.

Направляющее устройство 100 включает в себя рычажный механизм (например, шарнирный четырехзвенник), содержащий часть 111 звена 110 рычага поршня, шарнирное звено 112, силовое звено 114 и звено 118 коромысла. В отношении определения положения шарнирного четырехзвенника, направляющее устройство 100 может быть шарнирно соединено с блоком 210 цилиндров в первом шарнирном соединении 120 первого конца шарнирного звена 112 и первого конца звена 118 коромысла. Шарнирное соединение определяет точку 104 крепления, описываемую более подробно ниже. Шарнирный четырехзвенник далее включает в себя второе шарнирное соединение 122 второго конца шарнирного звена 112 и первого конца части 111 звена 110 рычага поршня, третье шарнирное соединение 124 второго конца звена 118 коромысла и первого конца силового звена 114, и четвертое шарнирное соединение 126 второго конца силового звена 114 и второго конца части 111 звена 110 рычага поршня.

Направляющий элемент или направляющий ролик 130 соединен (например, с возможностью вращения) с силовым звеном 114 в исходной точке (или оси) 106. Исходная точка 106 располагается на пересечении между силовым звеном 114 и воображаемой линией (обозначенной как линия 108), образованной между точкой 102 копирования и точкой 104 крепления. Направляющий ролик 130 может находиться в скользящем контакте или контакте качения с направляющим средством 240. В некоторых вариантах воплощения направляющее средство 240 может быть образовано за одно целое с блоком 210 цилиндров в виде структуры в этом блоке. Например, направляющее средство может быть образовано в виде канала, углубления или другой структуры в двигателе. В других вариантах воплощения направляющее средство 240 может быть жестко прикреплено к блоку 210 цилиндров. Как показано на чертежах, в некоторых вариантах воплощения направляющее средство 240 может быть линейным или по существу линейным. Направляющий ролик 130 перемещается внутри направляющего средства 240 таким образом, что направляющий ролик 130 и исходная точка 106 перемещаются вдоль направляющей оси 150 направляющего средства 240, которая параллельна оси 250 цилиндра 212. В некоторых вариантах воплощения направляющее средство может включать в себя пружинный элемент (не показан) любого типа, соединенный с упомянутым рычажным механизмом, действующий таким образом, чтобы центрировать и направлять упомянутую точку копирования по существу вдоль упомянутой оси камеры цилиндра.

Шарнирный четырехзвенник направляющего устройства 100 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы образовать пантографический механизм или устройство. Специалистам в этой области техники понятно, что пантографический механизм может быть образован из механических звеньев, соединенными в виде параллелограмма, так что перемещение одной точки механизма (например, исходная точка 106) ведет к соответствующим (и, возможно, в масштабе) перемещениям во второй точке механизма (например, точка 102 копирования).

В некоторых вариантах воплощения масштабированное перемещение точки 102 копирования ограничивается вдоль оси 250 цилиндра перемещением исходной точки 106 вдоль направляющей оси 150. Пантографический механизм, образованный шарнирным четырехзвенником, который эффективно передает движение управляемым образом, используется для направления перемещения точки 102 копирования. Соответственно, в некоторых вариантах воплощения шарнирный четырехзвенник содержит пантографический механизм, который направляет звено 110 рычага поршня таким образом, что оно перемещается в шарнирном соединении со штоком 230 поршня (т.е., в точке 102 копирования) прямолинейно в продольном направлении вдоль оси 250 цилиндра. Другими словами, когда исходная точка 106 перемещается вдоль направляющей оси 150 линейной направляющей 240, точка 102 копирования перемещается линейно в продольном направлении вдоль оси 250 цилиндра 212.

Следует понимать, что другие направляющие элементы или средства могут также использоваться с шарнирным четырехзвенником направляющего устройства 100 в местах, имеющих функциональную связь с линейным перемещением точки 102 копирования. В качестве примера, направляющий элемент или направляющий ролик могут располагаться на звене 110 рычага поршня в соединении 126 с силовым звеном 114. В этом примере, криволинейный или нелинейный направляющий канал может направлять боковое перемещение звена 110 рычага поршня таким образом, что шарнирное соединение 102 между звеном 110 рычага поршня и штоком 230 поршня совершает линейные перемещения в продольном направлении, выровненные с осью 250 цилиндра, когда звено 110 рычага поршня совершает качательные движения, чтобы приводить в действие и совершать ход внутренней части 220 поршня.

В некоторых вариантах воплощения функциональная связь существует между конкретным местом в рычажном механизме и точкой 102 копирования. Например, функциональная связь может включать в себя перемещение конкретного места в рычажном механизме, и в результате этого соответствующее перемещение точки 102 копирования. Далее, функциональная связь может включать в себя перемещение конкретного места в рычажном механизме, линейное или нелинейное, и в результате этого линейное перемещение точки 102 копирования. В некоторых вариантах воплощения, конкретное место в рычажном механизме может включать в себя исходную точку 106. Соответственно, направляющий элемент или направляющий ролик 130 могут использоваться с шарнирным четырехзвенником в определенных местах, чтобы обеспечить линейное перемещение точки 102 копирования, что будет понятно специалистам в этой области техники.

В некоторых вариантах воплощения может использоваться пружинное средство (не показано), расположенное или прикрепленное в любом месте в поршневом механизме. Например, пружинное средство может располагаться проксимально относительно шарнирного соединения 122 (второго конца шарнирного звена 112 и первого конца части 111 звена 110 рычага поршня) и может ограничивать или направлять боковое перемещение звена 110 рычага поршня. Под боковым перемещением понимается перемещение, которое по существу не выровнено с осью 250 цилиндра. Возможно использовать пружинное средство любого типа, что будет понятно специалистам в этой области техники. Далее, пружина может быть прикреплена на одном конце к блоку цилиндров, а на другом конце к поршневому механизму. В качестве альтернативы, пружина может быть прикреплена только к блоку цилиндров. Пружина может действовать таким образом, чтобы ограничивать или уменьшать боковое перемещение шарнирного звена 112 таким образом, что шток 230 поршня остается в допустимых пределах по существу выровненным с осью 250 цилиндра.

На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе, перпендикулярно оси вращения коленчатого вала двигателя с дифференциальным ходом поршня, имеющего встроенное в него управляющее и направляющее устройство 100 согласно одному или более вариантам воплощения настоящего изобретения.

Поршень с дифференциальным ходом перемещается внутри неподвижного цилиндра 212 между неподвижной головкой 16 цилиндра наверху и вращающимся коленчатым валом 18 внизу, обращаясь к ориентации двигателя, показанной на фиг. 2. Наполнением и освобождением цилиндра 212 управляют с помощью впускного клапана 17а и выпускного клапана 17b, соответственно. Горение инициируется с помощью свечи 20 зажигания (не используется в дизельных двигателях) в головке 16 цилиндра. Двигатель 210 выполнен с возможностью выполнять один полный цикл сгорания за один оборот двигателя.

Поршень с дифференциальным ходом имеет внутреннюю часть 220 поршня, которая закрывает и уплотняет камеру двигателя, и наружную часть 231 поршня, которая соединена с помощью шатуна 22 с коленчатым валом 18, а также служит в качестве носителя для внутренней части 220 поршня во время этапов цикла работы. Раскрытые здесь варианты воплощения обеспечивают, что внутренняя часть 220 поршня совершает четыре хода за цикл работы, а наружная часть 231 поршня совершает два хода за цикл работы. Во время этапов выпуска и впуска цикла работы, внутренняя часть 220 поршня и наружная часть 231 поршня приводятся в действие и управляются с помощью управляющего и направляющего устройства 100, описанного на фиг. 1. Как показано на чертежах, в некоторых вариантах воплощения, направляющее устройство 100 может располагаться снаружи относительно цилиндра и отверстия 212 цилиндра и в стороне относительно перемещений частей поршня и вала двигателя. При этом наружная часть 231 поршня продолжает перемещаться под управлением щеки 24 коленчатого вала и шатуна 22.

В некоторых вариантах воплощения может быть обеспечен исполнительный элемент (например, устройство роботизированной руки), выполненный с возможностью работать независимо от вала двигателя (например, коленчатого вала), чтобы определять или оптимизировать ходы поршня во время различных тепловых режимов двигателя и приспосабливать оптимальные комбинации хода поршня для изменяющихся параметров нагрузки во время работы двигателя. Исполнительный элемент может быть синхронизирован с другими компонентами двигателя, такими как соответствующий электронный или механический бескулачковый клапанный механизм, например система клапанного механизма, не имеющая кулачки и управляемая с помощью электронных средств. В других вариантах воплощения исполнительный элемент может содержать электромеханический исполнительный элемент, или любое устройство, которое выполняет электрические операции, используя подвижные части, или язычок исполнительного элемента, который перемещается по существу в линейном направлении. Электромеханическим исполнительным элементом может управлять электронный блок управления двигателя. В других вариантах воплощения управление исполнительным элементом может осуществляться посредством гидравлических, механических или электромеханических систем или компонентов.

В одном варианте воплощения обеспечен направляющий элемент рычага поршня, который перемещается в криволинейной направляющей и направляет перемещение рычага в соединении со штоком поршня таким образом, чтобы оно было линейным вдоль оси цилиндра, когда рычаг совершает качательное движение относительно оси шарнира. В других вариантах воплощения обеспечено линейное роботизированное устройство, которое воздействует на рычаг, используя пантографический принцип. Перемещение рычага поршня или роботизированной руки в соединении со штоком поршня является линейным в продольном направлении вдоль оси цилиндра, при этом перемещение от оси цилиндра является двумерным, и параллельно и перпендикулярно оси цилиндра.

На фиг. 3 иллюстрируется вариант воплощения линейного исполнительного механизма с криволинейным направляющим устройством. Показан поршень, содержащий две части, первую часть 220 поршня и вторую часть 222 поршня. Рычажный механизм представляет собой шарнирный трехзвенник, включающий в себя звено 111 рычага поршня, шарнирное звено 112 и силовое звено 114. Положение шарнирного трехзвенника определяют первое шарнирное соединение 120 (например, точка крепления), шарнирно соединенное с блоком 210 цилиндров и присоединяющее первый конец шарнирного звена 112, второе шарнирное соединение 122, соединяющее второй конец шарнирного звена 112 и первый конец звена 111 рычага поршня, третье шарнирное соединение 124, соединяющее линейный исполнительный элемент 240 и первый конец силового звена 114, и четвертое шарнирное соединение 126, соединяющего второй конец силового звена 114 и некоторое место на звене 111 рычага поршня. Язычок 240 линейного исполнительного элемента (размещенный в корпусе 242 исполнительного элемента) может быть шарнирно прикреплен к силовому звену 114 с помощью оси 124 шарнира. Направляющий элемент 130 располагается внутри криволинейного направляющего средства 340, образованного за одно целое с блоком 210 цилиндров или прикрепленного к блоку 210 цилиндров. Направляющий элемент 130 может быть присоединен с помощью оси 126 шарнира.

Когда первая часть 220 поршня осуществляет линейное перемещение в продольном направлении в цилиндре 212, шарнирное звено 112 совершает качательное движение по дугообразной траектории вокруг шарнирного соединения 120 на блоке 210 цилиндров в направлении к и от оси 250 цилиндра. Силовое звено 114 и направляющий элемент 130 совершают многомерное перемещение (т.е., криволинейное перемещение), чтобы компенсировать перемещение рычага поршня. Таким образом, язычок 240 линейного исполнительного элемента может управлять перемещением рычага 110, чтобы определять по существу линейное перемещение точки 102 копирования вдоль оси 250 цилиндра. Связь между криволинейным перемещением направляющего элемента 130 и линейным перемещением точки 102 копирования может коррелироваться и рассчитываться с помощью компьютера или электронного блока управления двигателя. Ось линейного исполнительного элемента не должна быть параллельна оси 250 цилиндра.

На фиг. 4 и фиг. 5 иллюстрируется вариант воплощения линейной связи, реализуемый с помощью линейного исполнительного механизма с пантографическим направляющим устройством. Пантограф включает в себя шарнирный четырехзвенник, образованный звеньями 111, 112, 114 и 118, причем звено рычага содержит звено 111 и его продолжение 110. Силовое звено 114 может иметь две части, образованные его разделением в соединении 106 с линейным исполнительным элементом. Прилагаемое усилие между соединениями 106 и 124 может быть больше, чем между 106 и 124. Менее нагруженная часть 106-124 может быть вставлена в язычок 240 линейного исполнительного элемента. Звено 118 также может быть легко нагруженным, и выполнено с возможностью обеспечивать направляющую функцию, и может быть выполнено соответственно более тонким для вставки в язычок исполнительного элемента. Функциональная связь между линейными перемещениями роботизированного исполнительного элемента и желаемыми перемещениями внутреннего поршня 220 может быть задана путем умножения на постоянный коэффициент. Ось язычка 240 линейного исполнительного элемента может быть параллельная оси 250 цилиндра.

В некоторых вариантах воплощения, поршневой двигатель внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющий вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, причем двигатель включает в себя устройство, шарнирно соединенное с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительный элемент, соединенный с упомянутым устройством. Исполнительный элемент выполнен с возможностью управлять перемещением устройства, чтобы тем самым определять по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра. Устройство может быть присоединено к двигателю в точке крепления. Исполнительный элемент может содержать линейный исполнительный элемент. Устройство содержит шарнирный четырехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено, силовое звено и звено коромысла. Положение шарнирного четырехзвенника определяют первое шарнирное соединение, шарнирно соединенное с двигателем и соединяющее первый конец шарнирного звена и первый конец звена коромысла, второе шарнирное соединение, соединяющее второй конец шарнирного звена и первый конец звена рычага поршня, третье шарнирное соединение, соединяющее второй конец звена коромысла и первый конец силового звена, и четвертое шарнирное соединение, соединяющее второй конец силового звена и некоторое место на звене рычага поршня. Шарнирный четырехзвенник образует параллелограмм, образующий пантограф, и соединение между исполнительным элементом и звеном располагается вдоль линии, образованной между точкой копирования и точкой крепления.

Или устройство содержит шарнирный трехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено и силовое звено. Положение шарнирного трехзвенника определяют первое шарнирное соединение, шарнирно соединенное с двигателем и присоединяющее первый конец шарнирного звена, второе шарнирное соединение, соединяющее второй конец шарнирного звена и первый конец звена рычага поршня, третье шарнирное соединение, соединяющее линейный исполнительный элемент и первый конец силового звена, и четвертое шарнирное соединение, соединяющее второй конец силового звена и некоторое место на звене рычага поршня. Направляющий элемент выполнен с возможностью перемещения в криволинейной направляющей, образованной в двигателе и соединенной с шарнирным трехзвенником, причем направляющий элемент перемещается под дугообразной траектории, когда первая часть поршня совершает линейное перемещение в продольном направлении в цилиндре. Исполнительный элемент содержит электромеханический исполнительный элемент, выполненный с возможностью работать независимо от вала двигателя. Электронный блок управления двигателя используется для управления электромеханическим исполнительным элементом.

Способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющего вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, способ включает в себя обеспечение устройства, шарнирно соединенного с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительного элемента, соединенного с устройством, и работу исполнительного элемента, чтобы управлять перемещением устройства и тем самым определять по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра. Способ дополнительно включает в себя работу электромеханического исполнительного элемента. Способ дополнительно включает в себя управление работой исполнительного элемента с помощью электронного блока управления двигателя. Способ дополнительно включает в себя работу исполнительного элемента в по существу линейном направлении. Способ дополнительно включает в себя работу устройства независимо от вала двигателя.

Способ дополнительно включает в себя обеспечение направляющего элемента, выполненного с возможностью перемещения в криволинейной направляющей, образованной в двигателе и соединенной с устройством в первом месте, имеющем функциональную связь с точкой копирования. Способ дополнительно включает в себя многомерное перемещение направляющего элемента в криволинейной направляющей и, соответственно, перемещение первой части поршня в цилиндре по существу вдоль оси цилиндра. Способ дополнительно включает в себя образование пантографического устройства в устройстве, причем пантографическое устройство образует взаимно-однозначную масштабированную связь между исходной точкой и точкой копирования, приведение в действие линейного исполнительного элемента и перемещение исходной точки на первое линейное расстояние, и перемещение точки копирования на второе линейное расстояние, причем второе линейное расстояние имеет масштабированную величину относительно первого линейного расстояния. Способ дополнительно включает в себя работу пантографического устройства, содержащего шарнирный четырехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено, силовое звено и звено коромысла.

Предпочтительно, раскрытые здесь варианты воплощения предлагают управляющее и направляющее устройство, в котором перемещение внутренней части поршня направляется на внутреннем торце камеры с помощью головки поршня, которая скользит вдоль стенки цилиндра, и на наружном конце штока поршня с помощью направляющего устройства, чтобы обеспечить перемещение по существу вдоль оси цилиндра. Благодаря направляющему устройству, и в частности направляющему элементу, который выполнен с возможностью перемещения внутри и вдоль оси направляющего канала, внутренняя часть поршня может перемещаться вверх и вниз по существу без бокового перемещения штока поршня и по существу с небольшим боковым давлением на шток поршня от звена рычага поршня. Соответственно, напряжения и износ внутренней части поршня и на стенке цилиндра, вызываемые боковыми перемещениями поршня, могут быть уменьшены. Направляющее устройство также может уменьшить трение при скольжении и «биение» внутренней части поршня относительно стенки цилиндра.

Кроме того, четырехзвенный рычажный механизм требует относительно небольшое пространство (как показано на фиг. 2) внутри самого двигателя. Далее, шарнирный четырехзвенник, действующий как пантографический механизм, способен обеспечить перемещение штока поршня и внутренней части поршня на величину, которая гораздо больше, чем требуется для перемещения направляющего элемента внутри направляющего канала.

Используемые в этом описании термины «один вариант воплощения», «вариант воплощения» или «некоторые варианты воплощения» означают, что частный признак, структура или характеристика, описанные вместе с вариантом воплощения, включены по меньшей мере в один вариант воплощения настоящего изобретения. Поэтому фразы «в одном варианте воплощения», «в варианте воплощения» или «в некоторых вариантах воплощения» в различных местах этого описания не обязательно все относятся к одному и тому же варианту воплощения, хотя и могут. Кроме того, частные признаки, структуры или характеристики могут комбинироваться любым подходящим образом, что будет понятно специалистам в этой области техники из этого описания, в одном или более вариантах воплощения.

В описании и в формуле изобретения, любой из терминов «содержащий» или «содержит» являются неограничивающими терминами, которые означают включение в состав по меньшей мере следующих далее элементов/признаков, но не исключают других. Поэтому термины «содержащий» или «содержит», используемые в формуле изобретения, не должны пониматься в качестве ограничивающих средствами или элементами, или этапами, перечисленными далее. Любой из используемых здесь терминов «включающий в себя» или «включает в себя» также являются неограничивающими терминами, которые также означают включение в состав по меньшей мере следующих далее элементов/признаков, но не исключают других. Соответственно, термин «включает в себя» является синонимом термина «содержит».

Необходимо понимать, что термин «соединен» или «соединенный», используемый в формуле изобретения, не должен пониматься в качестве ограничивающего только непосредственным соединением. Термин «соединен» или «соединенный» может означать, что два или более элементов находятся в прямом физическом контакте друг с другом, или что два или более элементов не находятся в прямом контакте друг с другом, но при этом работают совместно или взаимодействуют друг с другом.

Хотя здесь были описаны один или более вариантов воплощения настоящего изобретения, специалистам в этой области техники понятно, что возможны множество вариантов воплощения, принимающие различные специфические формы, и соответствующие изменения и замены, не выходя за пределы сущности и объема настоящего изобретения. Описанные варианты воплощения иллюстрируют объем изобретения, изложенный в формуле изобретения, но не ограничивают его.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Предложен поршневой двигатель внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющий вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, который содержит устройство, шарнирно соединенное с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительный элемент, соединенный с упомянутым устройством, и в котором исполнительный элемент выполнен с возможностью управлять перемещением устройства, чтобы тем самым определять по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневой двигатель внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющий вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, содержащий:

устройство, соединенное с двигателем в точке крепления и шарнирно соединенное с первой частью поршня в точке копирования; и

исполнительный элемент, соединенный с упомянутым устройством,

причем исполнительный элемент выполнен с возможностью управлять перемещением устройства, обеспечивая по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра.

2. Двигатель по п. 1, в котором исполнительный элемент содержит линейный исполнительный элемент.

3. Двигатель по п. 1, в котором устройство содержит шарнирный четырехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено, силовое звено и звено коромысла.

4. Двигатель по п. 3, в котором положение шарнирного четырехзвенника определяют:

первое шарнирное соединение, шарнирно соединенное с двигателем и соединяющее первый конец шарнирного звена и первый конец звена коромысла;

второе шарнирное соединение, соединяющее второй конец шарнирного звена и первый конец звена рычага поршня;

третье шарнирное соединение, соединяющее второй конец звена коромысла и первый конец силового звена; и

четвертое шарнирное соединение, соединяющее второй конец силового звена и некоторое место на звене рычага поршня.

5. Двигатель по п. 3, в котором шарнирный четырехзвенник образует параллелограмм, образующий пантограф, и соединение между исполнительным элементом и звеном располагается вдоль линии, образованной между точкой копирования и точкой крепления.

6. Двигатель по п. 1, в котором устройство содержит шарнирный трехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено и силовое звено.

7. Двигатель по п. 6, в котором положение шарнирного трехзвенника определяют:

первое шарнирное соединение, шарнирно соединенное с двигателем и присоединяющее первый конец шарнирного звена;

второе шарнирное соединение, соединяющее второй конец шарнирного звена и первый конец звена рычага поршня;

третье шарнирное соединение, соединяющее линейный исполнительный элемент и первый конец силового звена; и

четвертое шарнирное соединение, соединяющее второй конец силового звена и некоторое место на звене рычага поршня.

8. Двигатель по п. 6, который дополнительно содержит направляющий элемент, выполненный с возможностью перемещения в криволинейной направляющей, образованной в двигателе и соединенной с шарнирным трехзвенником, причем перемещение направляющего элемента определяется дугообразной траекторией, а перемещение точки копирования является по существу линейным.

9. Двигатель по п. 1, в котором исполнительный элемент содержит электромеханический исполнительный элемент, выполненный с возможностью работать независимо от вала двигателя.

10. Двигатель по п. 9, который дополнительно содержит электронный блок управления двигателя для управления работой электромеханического исполнительного элемента.

11. Способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания с переменным ходом поршня, имеющего вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра, имеющей ось, причем каждый поршень имеет первую часть поршня, выполненную с возможностью перемещения совместно со второй частью поршня или отдельно от второй части поршня, чтобы определять ходы поршня для разных тепловых режимов двигателя, в котором:

обеспечивают устройство, соединенное с двигателем в точке крепления и шарнирно соединенное с первой частью поршня в точке копирования, и исполнительный элемент, соединенный с устройством; и

обеспечивают работу исполнительного элемента, для управления перемещением устройства и обеспечения по существу линейного перемещения точки копирования вдоль оси камеры цилиндра.

12. Способ по п. 11, в котором дополнительно обеспечивают работу электромеханического исполнительного элемента.

13. Способ по п. 11, в котором дополнительно управляют работой исполнительного элемента с помощью электронного блока управления двигателя.

14. Способ по п. 11, в котором дополнительно обеспечивают работу исполнительного элемента в по существу линейном направлении.

15. Способ по п. 11, в котором дополнительно обеспечивают работу устройства независимо от вала двигателя.

16. Способ по п. 11, в котором дополнительно используют направляющий элемент, выполненный с возможностью перемещения в криволинейной направляющей, образованной в двигателе и соединенной с устройством в первом месте, имеющем функциональную связь с точкой копирования.

17. Способ по п. 16, в котором дополнительно:

обеспечивают многомерное перемещение направляющего элемента в криволинейной направляющей; и соответственно

обеспечивают по существу линейное перемещение точки копирования вдоль оси камеры цилиндра.

18. Способ по п. 11, в котором дополнительно:

формируют пантографическое устройство в указанном устройстве, причем пантографическое устройство образует взаимно-однозначную масштабированную связь между исходной точкой и точкой копирования;

обеспечивают работу линейного исполнительного элемента и перемещение исходной точки на первое линейное расстояние, и перемещение точки копирования на второе линейное расстояние, причем второе линейное расстояние имеет масштабированную величину относительно первого линейного расстояния.

19. Способ по п. 18, в котором дополнительно обеспечивают работу пантографического устройства, содержащего шарнирный четырехзвенник, включающий в себя звено рычага поршня, шарнирное звено, силовое звено и звено коромысла.