ВАРИАНТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КЛАПАННЫМИ КАРМАНАМИ И ТРАСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2022 года по МПК F02F3/28 F02B23/06 

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, поршень которого включает несколько клапанных карманов.

Известно, что в днище поршня двигателя внутреннего сгорания предусматривают клапанные карманы для клапанов механизма газораспределения.

Например, в DE 102007027787 А1 описывается двигатель внутреннего сгорания, в котором в торцовой поверхности поршня образованы клапанные карманы, расположенные напротив клапанов механизма газораспределения.

Кроме того, известен способ приведения в действие впускных и выпускных клапанов механизма распределения с перекрытием. Перекрытие клапанов относится к интервалу времени между началом открытия впускного клапана и концом закрытия выпускного клапана.

Для того чтобы, например, получить возможность реализации большого перекрытия клапанов в дизельных двигателях, необходимо предусмотреть в поршне клапанные карманы. Перекрытие клапанов оптимизирует процессы смены рабочей смеси и, тем самым, общий коэффициент полезного действия двигателя. В условиях положительного перепада давления между сторонами впуска и выпуска во время перекрытия клапанов при смене рабочей смеси в области верхней мертвой точки перемещения поршня происходит продувка камеры сгорания воздухом. Следствием этого является снижение температуры в камере сгорания и температуры отработанных газов, а также повышение коэффициента полезного действия турбокомпрессора за счет увеличения объема проходящего воздуха.

Положительному эффекту от смены рабочей смеси противопоставляется уменьшение коэффициента полезного действия от высокого давления. Наличие необходимых клапанных карманов приводит, например, к снижению степени сжатия, что отрицательно сказывается на термическом коэффициенте полезного действия. К тому же, наличие клапанных карманов сильно влияет, например, на процесс сгорания и, тем самым, на коэффициент полноты сгорания. Клапанные карманы могут занимать, например, большую часть верхнего контура оптимизированной с точки зрения сгорания полости в днище поршня.

В основе данного изобретения лежит задача создать двигатель внутреннего сгорания с клапанными карманами, который позволит использовать положительный эффект смены рабочей смеси и повысить коэффициент полезного действия от высокого давления.

Задача решается созданием двигателя внутреннего сгорания по независимому пункту формулы изобретения. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения перечислены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.

Двигатель внутреннего сгорания предназначен для транспортного средства. Двигатель внутреннего сгорания включает по меньшей мере один цилиндр. Цилиндр включает первый впускной клапан и второй впускной клапан механизма газораспределения. Цилиндр включает первый выпускной клапан и второй выпускной клапан механизма газораспределения. Цилиндр включает совершающий возвратно-поступательные движения поршень с несколькими клапанными карманами в днище. В каждом случае для первого впускного клапана, второго впускного клапана, первого выпускного клапана и второго выпускного клапана механизма газораспределения имеется один клапанный карман, и по меньшей мере часть этих нескольких клапанных карманов обладает разной (по сравнению друг с другом) глубиной. В качестве альтернативы для первого впускного клапана и первого выпускного клапана механизма газораспределения имеется по одному клапанному карману, а для второго впускного клапана и/или второго выпускного клапана механизма газораспределения не имеется ни одного клапанного кармана.

Исключение или уменьшение (придание более плоской формы), например, одного или двух клапанных карманов позволит повысить коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания от высокого давления. Среди прочего за счет исключения или уменьшения размеров клапанных карманов можно уменьшить негативное влияние на оптимизированный с точки зрения сгорания контур полости. Например, клапаны механизма газораспределения, соотнесенные с сохраненными или не уменьшенными клапанными карманами, могут быть использованы для (большого) перекрытия клапанов. Тем самым, это позволяет сохранить преимущества оптимизированной смены рабочей смеси за счет перекрытия клапанов.

Дополнительно было выяснено, что раскрываемый здесь эффект от повышения коэффициента полезного действия от высокого давления при максимально хорошей смене рабочей смеси за счет изменения клапанных карманов на стороне выпуска может не приниматься в расчет в большей мере, чем в случае изменений клапанных карманов на стороне впуска. Из этого вытекает, в частности, решение об отказе от клапанных карманов для выпускного клапана или о создании лишь плоского кармана для такого клапана.

Например, всего могут быть предусмотрены два клапанных кармана, три клапанных кармана или четыре клапанных кармана. В случае с двумя клапанными карманами один такой карман может быть предусмотрен для первого впускного клапана, а другой карман - для первого выпускного клапана. В случае с тремя клапанными карманами один карман может быть предусмотрен для первого впускного клапана, другой карман - для первого выпускного клапана и последний карман - для второго впускного клапана или второго выпускного клапана.

В предпочтительном примере осуществления изобретения первый выпускной клапан закрывается позже второго выпускного клапана, или первый выпускной клапан выполнен с возможностью более позднего по сравнению со вторым выпускным клапаном закрытия. В качестве альтернативы или дополнительно первый впускной клапан открывается раньше второго впускного клапана или одновременно со вторым впускным клапаном, либо первый впускной клапан выполнен с возможностью более раннего по сравнению со вторым впускным клапаном или одновременного с ним открытия. Тем самым, в частности, обеспечивается возможность большого перекрытия (например, приблизительно на 40° угла поворота KB (коленчатый вал)) между первым выпускным клапаном и первым впускным клапаном. Напротив, между вторым выпускным клапаном и вторым впускным клапаном может быть небольшое перекрытие (например, приблизительно на 20° угла поворота KB) или оно может отсутствовать вовсе. Также возможно обеспечить большое перекрытие между первым выпускным клапаном и вторым впускным клапаном, в то время как второй выпускной клапан будет перекрываться с первым и вторым впускными клапанами незначительно или перекрытие между ними будет отсутствовать вовсе.

В наиболее предпочтительном примере осуществления изобретения первый выпускной клапан и первый впускной клапан приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие. Это может оптимизировать смену рабочей смеси и, тем самым, коэффициент полезного действия двигателя.

В другом примере осуществления изобретения первый выпускной клапан и первый впускной клапан приводятся в действие с перекрытием или выполнены с соответствующей возможностью такого приведения в действие, которое обеспечивает большее перекрытие, чем перекрытие между вторым выпускным клапаном и вторым впускным клапаном. Тем самым, для первого впускного клапана и первого выпускного клапана могут быть предусмотрены более глубокие клапанные карманы по сравнению с карманами для второго впускного клапана и второго выпускного клапана. Более глубокие клапанные карманы для первого впускного клапана и первого выпускного клапана позволяют создать большее перекрытие и, тем самым, улучшить смену рабочей смеси. Менее глубокие (уменьшенные) клапанные карманы в меньшей степени влияют на оптимизированную с точки зрения сгорания полость в днище поршня и, тем самым, на процесс сгорания.

В качестве альтернативы первый выпускной клапан и первый впускной клапан могут приводиться в действие с перекрытием или могут быть выполнены с возможностью такого приведения в действие, а второй выпускной клапан и второй впускной клапан могут приводиться в действие без перекрытия или могут быть выполнены с возможностью такого приведения в действие. Тем самым, для первого впускного клапана и первого выпускного клапана могут быть предусмотрены клапанные карманы. Для второго впускного клапана и второго выпускного клапана, напротив, клапанные карманы не предусматриваются. Клапанные карманы для первого впускного клапана и первого выпускного клапана позволяют создать перекрытие и, тем самым, улучшить смену рабочей смеси. Исключение клапанных карманов для второго выпускного клапана и второго впускного клапана позволяет повысить степень влияния оптимизированной с точки зрения сгорания полости в днище поршня на процесс сгорания.

В одном из вариантов осуществления изобретения перекрытие между первым выпускным клапаном и первым впускным клапаном происходит в диапазоне от 30° до 50° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 40° угла поворота КВ. В качестве альтернативы или дополнительно перекрытие между вторым выпускным клапаном и вторым впускным клапаном происходит в диапазоне от 0° до 30° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 20° угла поворота КВ.

В дополнительном варианте осуществления изобретения продувка цилиндра при перекрытии клапанов происходит, в основном, между первым впускным клапаном и первым выпускным клапаном, которые расположены, в частности, прямо или по диагонали друг напротив друга. Это позволяет добиться максимально эффективной продувки и снижения объема остаточных газов в случае с клапанами, расположенными друг напротив друга по диагонали, или максимально большого массового потока в случае с клапанами, расположенными прямо друг напротив друга. В качестве альтернативы продувка происходит, в основном, между первым впускным клапаном, вторым впускным клапаном и первым выпускным клапаном. Это позволит получить хорошую продувку и снизить объем остаточных газов при максимально большом значении массового потока.

В предпочтительном примере осуществления изобретения первый выпускной клапан и второй выпускной клапан приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие. В качестве альтернативы или дополнительно первый впускной клапан и второй впускной клапан приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие.

Благодаря этому клапаны механизма газораспределения могут иметь разные и независимые друг от друга периоды открывания.

В частности, для приведения в действие первого выпускного клапана, второго выпускного клапана, первого впускного клапана и/или второго впускного клапана может быть предусмотрен регулируемый клапанный привод, например, система кулачков с регулируемым положением.

Например, первый выпускной клапан, второй выпускной клапан, первый впускной клапан и/или второй впускной клапан могут приводиться в действие с помощью собственного коромысла или качающегося рычага.

В другом варианте осуществления изобретения ход первого выпускного клапана в верхней мертвой точке (ВМТ) перемещения поршня больше, чем ход второго выпускного клапана в верхней мертвой точке. В качестве альтернативы или дополнительно ход первого впускного клапана в верхней мертвой точке перемещения поршня больше, чем ход второго впускного клапана в верхней мертвой точке, или равен ему. Тем самым, в зависимости от требований, в частности, для второго выпускного клапана может быть предусмотрен менее глубокий клапанный карман или может быть исключен вовсе. Далее для второго впускного клапана, в зависимости от требований, может быть предусмотрен более глубокий, менее глубокий клапанный карман или может быть исключен вовсе.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения днище поршня включает полость. В частности, полость в днище поршня может быть оптимизирована с точки зрения процессов сгорания.

В дополнительном варианте осуществления изобретения максимальная глубина первого клапанного кармана из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого выпускного клапана, больше максимальной глубины второго клапанного кармана из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго выпускного клапана. Тем самым, обладающий меньшей глубиной второй клапанный карман для выпускного клапана может положительно влиять на коэффициент полезного действия от высокого давления.

В дополнительном варианте осуществления изобретения максимальная глубина первого клапанного кармана для выпускного клапана находится в диапазоне до 4 мм. В качестве альтернативы или дополнительно максимальная глубина второго клапанного кармана для выпускного клапана находится в диапазоне до 2 мм.

В дополнительном варианте осуществления изобретения максимальная глубина первого клапанного кармана из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого впускного клапана, больше максимальной глубины второго клапанного кармана из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго впускного клапана, или равна ей. Тем самым, в зависимости от требований, обладающий меньшей глубиной второй клапанный карман для впускного клапана может положительно влиять на коэффициент полезного действия от высокого давления. В качестве альтернативы для впускных клапанов могут быть предусмотрены два обладающих меньшей глубиной клапанных кармана, положительно влияющих на коэффициент полезного действия от высокого давления.

В дополнительном варианте осуществления изобретения максимальная глубина первого клапанного кармана для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм. В качестве альтернативы или дополнительно максимальная глубина второго клапанного кармана для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм.

В другом примере осуществления изобретения глубина нескольких клапанных карманов в каждом случае соответствует величине хода соответствующего впускного клапана и выпускного клапана в верхней мертвой точке перемещения поршня.

Возможно, чтобы некоторые или несколько клапанных карманов были соединены между собой и/или переходили друг в друга.

Предпочтительно, чтобы клапанные карманы были расположены напротив соответствующих клапанов механизма газораспределения. Например, первый клапанный карман для выпускного клапана может располагаться напротив первого выпускного клапана, а первый клапанный карман для впускного клапана может располагаться напротив первого впускного клапана.

Например, первый впускной клапан и второй впускной клапан выполнены для подачи воздуха или топливовоздушной смеси в камеру сгорания цилиндра и/или первый выпускной клапан и второй выпускной клапан выполнены для отвода отработанного газа из камеры сгорания цилиндра в выхлопной тракт. В частности, днище поршня может ограничивать камеру сгорания цилиндра.

Изобретение также относится к транспортному средству, в частности, к транспортному средству хозяйственного назначения (например, грузовому автомобилю или автобусу) с двигателем внутреннего сгорания согласно приведенному здесь описанию.

Тем не менее также существует возможность применения описанного здесь устройства для легковых автомобилей, двигателей большой мощности, транспортных средств повышенной проходимости, стационарных двигателей, судовых двигателей и т.д.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения можно комбинировать друг с другом в любом сочетании. Другие детали и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:

Фиг. 1 - Схематическое изображение цилиндра двигателя внутреннего сгорания;

Фиг. 2 - Вид снизу на четыре клапана цилиндра двигателя внутреннего сгорания;

Фиг. 3 - Вид в перспективе днища поршня с четырьмя клапанными карманами согласно данному раскрытию;

Фиг. 4 - Диаграмма клапанного газораспределения для двух впускных и двух выпускных клапанов согласно данному раскрытию;

Фиг. 5 - Диаграмма давления в цилиндре для разных условий перекрытия клапанов механизма газораспределения;

Фиг. 6 - Днище поршня с тремя клапанными карманами согласно данному раскрытию;

Фиг. 7 - Днище поршня с двумя клапанными карманами согласно данному раскрытию;

Фиг. 8 - Вид снизу на четыре клапана цилиндра двигателя внутреннего сгорания и пример продувки при смене рабочей смеси согласно данному раскрытию;

Фиг. 9 - Вид снизу на четыре клапана цилиндра двигателя внутреннего сгорания и дополнительный пример продувки при смене рабочей смеси согласно данному раскрытию; и

Фиг. 10 - Вид снизу на четыре клапана цилиндра двигателя внутреннего сгорания и еще один пример продувки при смене рабочей смеси согласно данному раскрытию.

Изображенные на фигурах варианты осуществления изобретения совпадают по меньшей мере частично, так что аналогичные или идентичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций и в качестве пояснений к ним даются ссылки на описание других вариантов осуществления либо, соответственно, на другие фигуры во избежание повторений.

На фиг. 1 представлен цилиндр 12 двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигателем 10 внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в частности, четырехтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания или четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Предпочтительно, чтобы двигатель 10 внутреннего сгорания являлся частью транспортного средства хозяйственного назначения, например, грузового автомобиля или автобуса, и использовался для привода транспортного средства хозяйственного назначения.

Цилиндр 12 включает несколько впускных клапанов 14 (на фиг. 1 показан только один), несколько выпускных клапанов 16 (на фиг. 1 показан только один), камеру 18 сгорания и поршень 20.

Впускные клапаны 14 соединяют камеру 18 сгорания с системой подачи воздуха двигателя 10 внутреннего сгорания для доставки воздуха для горения или топливо-воздушной смеси в камеру 18 сгорания. Выпускные клапаны 16 соединяют камеру 18 сгорания с выхлопным трактом двигателя 10 внутреннего сгорания для отвода отработанных газов. Например, в каждом цилиндре 12 могут быть предусмотрены два впускных клапана 14 и два выпускных клапана 16, а также может быть предусмотрено несколько таких цилиндров 12.

В каждом случае впускные клапаны 14 и выпускные клапаны 16 могут приводиться в действие по отдельности и независимо друг от друга. Например, для каждого впускного клапана 14 и каждого выпускного клапана 16 могут быть предусмотрены собственное коромысло или собственный качающийся рычаг регулируемого клапанного привода 22. Регулируемый клапанный привод 22 может быть выполнен, например, в виде системы кулачков с регулируемым положением. Система кулачков с регулируемым положением может включать несколько оснований для кулачков с несколькими кулачками. Основание для кулачков может быть установлено на распределительном валу без возможности вращения и с возможностью смещения по оси. Впускные клапаны 14 и выпускные клапаны 16 приводится в действие в зависимости от осевого положения основания для кулачков относительно разных кулачков основания. Также, к примеру, возможно, чтобы впускные клапаны 14 были выполнены без возможности отдельного и независимого друг от друга приведения в действие.

Поршень 20 устанавливается в цилиндре 12 известным способом с возможностью возвратно-поступательного движения и соединен с коленчатым валом 24. Поршень 20 включает днище 26, обращенное к камере 18 сгорания.

На фиг. 2 показан вид снизу фрагмента головки цилиндров, закрывающей камеру 18 сгорания (см. фиг. 1). Можно видеть, что четыре клапана механизма газораспределения представляют собой тарельчатые клапаны. В частности, предусмотрены первый впускной клапан 14А, второй впускной клапан 14В, первый выпускной клапан 16А и второй выпускной клапан 16В.

На фиг. 3 изображен вид в перспективе днища 26 поршня. Днище 26 поршня включает оптимизированную с точки зрения процессов сгорания полость 28 и четыре клапанных кармана 30, 32, 34 и 36. В частности, первый клапанный карман 30 предусмотрен для первого впускного клапана 14А (см. фиг. 2). Второй клапанный карман 32 предусмотрен для второго впускного клапана 14В (см. фиг. 2). Первый клапанный карман 34 предусмотрен для первого выпускного клапана 16А (см. фиг. 2). Второй клапанный карман 36 предусмотрен для второго выпускного клапана 16В (см. фиг. 2).

Данное раскрытие основано на информации о том, что наличие клапанных карманов в днище поршня может негативно влиять на коэффициент полезного действия от высокого давления, среди прочего, за счет изменения оптимизированной с точки зрения процессов сгорания полости 28. Поэтому предлагается уменьшить влияние клапанных карманов на коэффициент полезного действия от высокого давления без отказа от перекрытия клапанов, которое обеспечивает продувку цилиндра. В частности, предусматривается исключение от одного до двух клапанных карманов или уменьшение их глубины без недостатков для смены рабочей смеси. За счет исключения от одного до двух клапанных карманов или, соответственно, уменьшения максимальной глубины от одного до двух клапанных карманов можно, например, повысить эффективность сгорания благодаря меньшему влиянию на оптимизированную с точки зрения процессов сгорания полость 28 в днище поршня.

К примеру, клапанные карманы 30, 32, 34 и 36 имеют разные максимальные значения глубины. Например, первый клапанный карман 30 для впускного клапана и первый клапанный карман 34 для выпускного клапана могут иметь большее значение максимальной глубины по сравнению с глубиной второго клапанного кармана 32 для впускного клапана и второго клапанного кармана 36 для выпускного клапана. Например, глубина первого клапанного кармана 34 для выпускного клапана может находиться в диапазоне от 2 до 4 мм. Значения глубины второго клапанного кармана 34 для выпускного клапана, первого клапанного кармана 30 для впускного клапана и второго клапанного кармана для впускного клапана могут быть, например, в диапазоне от 0 до 2 мм.

Значения глубины клапанных карманов 30-36 определяют, насколько может быть открыт клапан в верхней мертвой точке перемещения поршня. Чем глубже клапанный карман, тем больше может быть открыт клапан в верхней мертвой точке без касания днища поршня. Более глубокие клапанные карманы 30, 34 позволяют получить большее перекрытие между первым впускным клапаном 14А и первым выпускным клапаном 16А.

На фиг. 4 показан пример диаграммы клапанного газораспределения. На диаграмме клапанного газораспределения изображены кривые хода клапанов 14А, 14В, 16А, 16В. Обозначенная штрихпунктирной линией кривая А показывает ход первого впускного клапана 14А. Обозначенная пунктирной линией кривая В показывает ход второго впускного клапана 14В. Обозначенная штриховой линией кривая С показывает ход первого выпускного клапана 16А. Обозначенная сплошной линией кривая D показывает ход второго выпускного клапана 16В.

Можно видеть, что первый выпускной клапан 16А (кривая С) закрывается позже второго выпускного клапана 16В (кривая D). Дополнительно первый впускной клапан 14А (кривая А) открывается раньше второго впускного клапана 14В (кривая В). Благодаря этому между первым выпускным клапаном 16А (кривая С) и первым впускным клапаном 14А (кривая А) происходит большое перекрытие в области примерно 40° угла поворота KB (коленчатого вала). Между вторым выпускным клапаном 16В (кривая D) и вторым впускным клапаном 14В (кривая В) происходит небольшое перекрытие в области примерно 20° угла поворота КВ.

Было установлено, что при большом перекрытии между впускным и выпускным клапанами можно получить продувку, которая приблизительно соответствует продувке камеры сгорания при большом перекрытии между двумя впускными и двумя выпускными клапанами. Эта взаимосвязь изображена на фиг. 5.

На фиг. 5 показана динамика изменения давления в цилиндре в зависимости от объема камеры сгорания для трех разных конфигураций. Кривая Е отражает динамику изменения давления в цилиндре для двух впускных и двух выпускных клапанов, которые приводятся в действие с перекрытием при 40° угла поворота КВ. Кривая F показывает динамику изменения давления в цилиндре для случая приведения в действие клапанов согласно фиг. 4 (один впускной клапан и один выпускной клапан перекрываются при 40° угла поворота KB, один дополнительный впускной клапан и один дополнительный выпускной клапан перекрываются при 20° угла поворота KB). Кривая G отражает динамику изменения давления в цилиндре для двух впускных и двух выпускных клапанов, которые приводятся в действие с перекрытием при 20° угла поворота КВ.

Можно видеть, что кривые Е и F лишь незначительно отличаются друг от друга, тогда как кривая G имеет существенные отличия от кривых Е и F. Аналогичные изменения давления в цилиндре, которые показывают кривые Е и F, свидетельствуют о том, что продувка при перекрытии клапанов происходит активно в обоих случаях, описываемых кривыми Е и F. Тем самым, приведение в действие клапанов согласно фиг. 4 позволяет получить почти такие же эффекты от продувки и смены рабочей смеси, как и при использовании традиционных способов, которые предполагают приведение в действие всех четырех клапанов с большим их перекрытием. Следовательно, для продувки камеры сгорания во время перекрытия клапанов может быть достаточно одновременного открытия только одного впускного клапана и одного выпускного клапана. В частности, это характерно для низких оборотов, когда отдельные процессы длятся сравнительно долго. Кривые хода других клапанов механизма газораспределения могут не иметь перекрытия или это перекрытие может быть лишь незначительным. Таким образом, в крайнем случае для других клапанов клапанные карманы можно не предусматривать.

В случае применения современных декомпрессионных тормозов, в процессе работы которых один выпускной клапан открывается не так, как в обычном режиме работы, например, в конце такта сжатия, как это описано, например, в DE 102013019183 А1, наличие клапанного кармана для выпускного клапана является принципиальной необходимостью. Тем самым, необходимо предусмотреть возможность создания этих клапанных карманов для соответствующего выпускного клапана без дополнительного вредного пространства с целью использования для перекрытия клапанов. На стороне впуска необходимо найти лучший компромисс между более глубокими клапанными карманами или двумя карманами с меньшей глубиной для достижения целей перекрытия клапанов.

Тем самым, концепции из данного раскрытия могут быть использованы в разных днищах поршней и при разных способах приведения в действие клапанов.

На фиг. 6 показан пример осуществления изобретения, в котором днище 126 поршня включает только три клапанных кармана 30, 32, 34 и одну оптимизированную с точки зрения процессов сгорания полость 128. В частности, первый клапанный карман 30 предусмотрен для первого впускного клапана 14А (см. фиг. 2). Второй клапанный карман 32 предусмотрен для второго впускного клапана 14В (см. фиг. 2). Первый клапанный карман 34 предусмотрен для первого выпускного клапана 16А (см. фиг. 2). Для второго выпускного клапана 16В (см. фиг. 2) клапанный карман не предусмотрен. Первый клапанный карман 30 для впускного клапана и второй клапанный карман 32 для впускного клапана могут иметь, например, одинаковую или разную глубину.

Благодаря этому можно реализовать, к примеру, большое перекрытие между первым и/или вторым впускными клапанами 14А, 14В, с одной стороны, и первым выпускным клапаном 16А, с другой стороны. Второй выпускной клапан 16В может закрываться точно в момент завершения такта выпуска или сразу после него.

На фиг. 7 показан пример осуществления изобретения, в котором днище 226 поршня включает только два клапанных кармана 32, 34 и одну оптимизированную с точки зрения процессов сгорания полость 228. Клапанный карман 32 соотносится с впускным клапаном, а клапанный карман 34 - с выпускным. Соответственно, для другого впускного клапана и другого выпускного клапана клапанные карманы не предусмотрены.

Благодаря этому может быть реализовано, например, большое перекрытие между одним впускным клапаном и одним выпускным клапаном. Между соответствующими другим впускным и другим выпускным клапанами перекрытия не происходит или это перекрытие совсем небольшое.

На фиг. 8-10 показаны разные возможные примеры реализации продувки при переходе от такта выпуска к такту впуска согласно данному раскрытию. Продувка происходит, в основном, между теми клапанами, которые в значительной степени перекрываются между собой.

Например, согласно фиг. 8 продувка (стрелка S1) может происходить, в основном, между впускным клапаном 14А и выпускным клапаном 16А, противопоставленных друг другу по диагонали. В результате может быть получена лучшая продувка или, соответственно, может быть снижен объем остаточных газов и улучшено охлаждение камеры сгорания. Между клапанами 14А и 16А происходит большое перекрытие. Клапаны 14В и 16В не перекрываются вовсе или перекрываются в незначительной мере.

Согласно фиг. 9 продувка (стрелки S2 и S3) может происходить, в основном, между двумя впускными клапанами 14А, 14В и одним выпускным клапаном 16А. Между клапанами 14А, 14В и 16А происходит большое перекрытие. Благодаря этому можно получить хорошую продувку и снизить объем остаточных газов при максимально большом значении массового потока.

Например, согласно фиг. 10 продувка (стрелка S4) может происходить, в основном, между впускным клапаном 14В и выпускным клапаном 16А, противопоставленных друг другу напрямую. В результате можно добиться максимально большого массового потока при перекрытии клапанов. Между клапанами 14В и 16А происходит большое перекрытие. Клапаны 14А и 16В не перекрываются вовсе или перекрываются в незначительной мере.

Данное изобретение не ограничивается предпочтительными примерами осуществления, которые были описаны выше. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, в которых также будет использована идея данного изобретения, и поэтому такие варианты будут входить в пределы правовой охраны. В частности, данное изобретение претендует на защиту предмета и признаков из зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от отсылки к соответствующим пунктам формулы. В частности, признаки независимого пункта 1 формулы изобретения могут быть раскрыты независимо друг от друга. Дополнительно признаки из зависимых пунктов формулы изобретения раскрываются независимо от всех признаков независимого пункта 1 формулы изобретения и, к примеру, независимо от признаков, касающихся наличия и конфигурации цилиндра, первого выпускного клапана, второго выпускного клапана, первого впускного клапана и второго впускного клапана, поршня, днища поршня и нескольких клапанных карманов по независимому пункту 1 формулы изобретения.

Список номеров позиций

10 Двигатель внутреннего сгорания

12 Цилиндр

14 Впускной клапан механизма газораспределения

14А Первый впускной клапан механизма газораспределения

14В Второй впускной клапан механизма газораспределения

16 Выпускной клапан механизма газораспределения

16А Первый выпускной клапан механизма газораспределения

16В Второй выпускной клапан механизма газораспределения

18 Камера сгорания

20 Поршень

22 Регулируемый клапанный привод

24 Коленчатый вал

26 Днище поршня

28 Полость в днище поршня

30 Первый клапанный карман для впускного клапана

32 Второй клапанный карман для впускного клапана

34 Первый клапанный карман для выпускного клапана

36 Второй клапанный карман для выпускного клапана

126 Днище поршня

128 Полость в днище поршня

226 Днище поршня

228 Полость в днище поршня

A-D Кривые периодов клапанного газораспределения

E-G Кривые динамики изменения давления в цилиндре

S1-S4 Направление продувки

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания для транспортного средства, содержит по меньшей мере один цилиндр. Цилиндр включает первый и второй впускные клапаны, первый и второй выпускные клапаны механизма газораспределения и поршень с несколькими клапанными карманами (30), (32), (34), (36) в днище (26) поршня. В каждом случае для первого впускного клапана, второго впускного клапана, первого выпускного клапана и второго выпускного клапана, поршень имеет один клапанный карман (30), (32), (34), (36), и по меньшей мере часть этих нескольких клапанных карманов (30), (32), (34), (36) обладает разной глубиной. Первый выпускной клапан закрывается или выполнен с возможностью закрываться позже, чем второй выпускной клапан, и/или первый впускной клапан открывается или выполнен с возможностью открываться раньше, чем второй впускной клапан механизма газораспределения. Или первый выпускной клапан и первый впускной клапан приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие. Или первый выпускной клапан и первый впускной клапан приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие. Перекрытие этих клапанов больше, чем перекрытие между вторым выпускным клапаном и вторым впускным клапаном. Или первый выпускной клапан и первый впускной клапан приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие. При этом второй выпускной клапан и второй впускной клапан приводятся в действие без перекрытия или выполнены с возможностью такого приведения в действие. Или первый выпускной клапан и второй выпускной клапан приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие. И/или первый впускной клапан и второй впускной клапан приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие. Или ход первого выпускного клапана в верхней мертвой точке перемещения поршня больше, чем ход второго выпускного клапана в верхней мертвой точке. И/или ход первого впускного клапана в верхней мертвой точке перемещения поршня больше, чем ход второго впускного клапана в верхней мертвой точке, или равный ему. Или максимальная глубина первого клапанного кармана (34) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого выпускного клапана, больше максимальной глубины второго клапанного кармана (36) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго выпускного клапана. Раскрыт вариант двигателя внутреннего сгорания и транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания. Технический результат заключается в уменьшении негативного влияния на оптимизированный с точки зрения сгорания контур полости. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двигатель (10) внутреннего сгорания для транспортного средства, содержащий по меньшей мере один цилиндр (12), включающий

первый впускной клапан (14А) и второй впускной клапан (14В) механизма газораспределения;

первый выпускной клапан (16А) и второй выпускной клапан (16В) механизма газораспределения; и

выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения поршень (20) с несколькими клапанными карманами (30, 32, 34, 36) в днище (26; 126; 226) поршня, в котором в каждом случае для первого впускного клапана (14А), второго впускного клапана (14В), первого выпускного клапана (16А) и второго выпускного клапана (16В) механизма газораспределения имеет один клапанный карман (30, 32, 34, 36), и по меньшей мере часть этих нескольких клапанных карманов (30; 32; 34, 36) обладает разной глубиной; и

a) первый выпускной клапан (16А) механизма газораспределения закрывается или выполнен с возможностью закрываться позже, чем второй выпускной клапан (16В) механизма газораспределения и/или первый впускной клапан (14А) механизма газораспределения открывается или выполнен с возможностью открываться раньше, чем второй впускной клапан (14В) механизма газораспределения; или

b) первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

c) первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие, причем перекрытие этих клапанов больше, чем перекрытие между вторым выпускным клапаном (16В) и вторым впускным клапаном (14В); или

первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие, а второй выпускной клапан (16В) и второй впускной клапан (14В) приводятся в действие без перекрытия или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

d) первый выпускной клапан (16А) и второй выпускной клапан (16В) приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие; и/или

первый впускной клапан (14А) и второй впускной клапан (14В) приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

e) ход первого выпускного клапана (16А) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20) больше, чем ход второго выпускного клапана (16В) в верхней мертвой точке; и/или

ход первого впускного клапана (14А) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20) больше, чем ход второго впускного клапана (14В) в верхней мертвой точке, или равный ему; или

f) максимальная глубина первого клапанного кармана (34) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого выпускного клапана (16А), больше максимальной глубины второго клапанного кармана (36) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго выпускного клапана (16В).

2. Двигатель (10) внутреннего сгорания по п. 1, в котором перекрытие между первым выпускным клапаном (16А) и первым впускным клапаном (14А) происходит в диапазоне от 30° до 50° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 40° угла поворота KB; и/или

перекрытие между вторым выпускным клапаном (16В) и вторым впускным клапаном (14В) происходит в диапазоне от 0° до 30° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 20° угла поворота КВ.

3. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из пп. 1-2, в котором продувка цилиндра (12) в период перекрытия клапанов

происходит, в основном, между первым впускным клапаном (14А) и первым выпускным клапаном (16А), которые расположены, в частности, прямо или по диагонали друг напротив друга; или

происходит, в основном, между первым впускным клапаном (14А), вторым впускным клапаном (14В) и первым выпускным клапаном (16А).

4. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором днище поршня (26; 126; 226) включает полость (28; 128; 228).

5. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (34) для выпускного клапана находится в диапазоне до 4 мм, а максимальная глубина второго клапанного кармана (36) для выпускного клапана находится в диапазоне до 2 мм.

6. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (30) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого впускного клапана (14А), больше максимальной глубины второго клапанного кармана (32) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго впускного клапана (14В), или равна ей.

7. Двигатель (10) внутреннего сгорания по п. 6, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (30) для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм; и

максимальная глубина второго клапанного кармана (32) для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм.

8. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором глубина нескольких клапанных карманов (30, 32, 34, 36) в каждом случае соответствует величине хода соответствующего впускного клапана (14А, 14В) и выпускного клапана (16А, 16В) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20).

9. Двигатель (10) внутреннего сгорания для транспортного средства, содержащий по меньшей мере один цилиндр (12), включающий

первый впускной клапан (14А) и второй впускной клапан (14В) механизма газораспределения;

первый выпускной клапан (16А) и второй выпускной клапан (16В) механизма газораспределения; и

выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения поршень (20) с несколькими клапанными карманами (30, 32, 34, 36) в днище (26; 126; 226) поршня, в котором для первого впускного клапана (14А) и первого выпускного клапана (16А) механизма газораспределения имеется по одному клапанному карману (30; 34), а для второго впускного клапана (14В) и/или второго выпускного клапана (16В) механизма газораспределения не имеется ни одного клапанного кармана; и

а) первый выпускной клапан (16А) механизма газораспределения закрывается или выполнен с возможностью закрываться позже, чем второй выпускной клапан (16В) механизма газораспределения и/или первый впускной клапан (14А) механизма газораспределения открывается или выполнен с возможностью открываться раньше, чем второй впускной клапан (14В) механизма газораспределения; или

b) первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

c) первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие, причем перекрытие этих клапанов больше, чем перекрытие между вторым выпускным клапаном (16В) и вторым впускным клапаном (14В); или

первый выпускной клапан (16А) и первый впускной клапан (14А) приводятся в действие с перекрытием или выполнены с возможностью такого приведения в действие, а второй выпускной клапан (16В) и второй впускной клапан (14В) приводятся в действие без перекрытия или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

d) первый выпускной клапан (16А) и второй выпускной клапан (16В) приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие; и/или

первый впускной клапан (14А) и второй впускной клапан (14В) приводятся в действие независимо друг от друга или выполнены с возможностью такого приведения в действие; или

e) ход первого выпускного клапана (16А) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20) больше, чем ход второго выпускного клапана (16В) в верхней мертвой точке; и/или

ход первого впускного клапана (14А) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20) больше, чем ход второго впускного клапана (14В) в верхней мертвой точке, или равный ему; или

f) максимальная глубина первого клапанного кармана (34) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого выпускного клапана (16А), больше максимальной глубины второго клапанного кармана (36) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго выпускного клапана (16В).

10. Двигатель (10) внутреннего сгорания по п. 9, в котором перекрытие между первым выпускным клапаном (16А) и первым впускным клапаном (14А) происходит в диапазоне от 30° до 50° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 40° угла поворота KB; и/или

перекрытие между вторым выпускным клапаном (16В) и вторым впускным клапаном (14В) происходит в диапазоне от 0° до 30° угла поворота KB, в частности, приблизительно при 20° угла поворота КВ.

11. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из пп. 9-10, в котором продувка цилиндра (12) в период перекрытия клапанов

происходит, в основном, между первым впускным клапаном (11А) и первым выпускным клапаном (16А), которые расположены, в частности, прямо или по диагонали друг напротив друга; или

происходит, в основном, между первым впускным клапаном (14А), вторым впускным клапаном (14В) и первым выпускным клапаном (16А).

12. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором днище поршня (26; 126; 226) включает полость (28; 128; 228).

13. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (34) для выпускного клапана находится в диапазоне до 4 мм, а максимальная глубина второго клапанного кармана (36) для выпускного клапана находится в диапазоне до 2 мм.

14. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (30) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для первого впускного клапана (14А), больше максимальной глубины второго клапанного кармана (32) из нескольких клапанных карманов, предназначенного для второго впускного клапана (14В), или равна ей.

15. Двигатель (10) внутреннего сгорания по п. 14, в котором максимальная глубина первого клапанного кармана (30) для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм; и

максимальная глубина второго клапанного кармана (32) для впускного клапана находится в диапазоне от более 0 мм до 2 мм.

16. Двигатель (10) внутреннего сгорания по одному из предыдущих пунктов, в котором глубина нескольких клапанных карманов (30, 32, 34, 36) в каждом случае соответствует величине хода соответствующего впускного клапана (14А, 14В) и выпускного клапана (16А, 16В) в верхней мертвой точке перемещения поршня (20).

17. Транспортное средство, в частности, транспортное средство хозяйственного назначения, с двигателем (10) внутреннего сгорания по пп. 1-8 или 9-16.