Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02D15/00 F02D9/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестрое- ния и может быть применено для автоматического регулирования эффективной степени сжатия и фаз газораспределения в двигателях внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение качества работы при использовании в двигателе рабочего процесса с искровым зажиганием.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого двигателя внутреннего сгорания; на фиг, 2 - привод заслонки в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - привод кулачкового вала от распределительного вала с помощью цепной передачи, приведены положения деталей привода при различных положениях поворотного сектора; на фиг. 4 - профиль кулачка кулачкового вала; на фиг. 5 - профильный элемент привода дроссельной заслонки карбюратора, с которым контактирует шток при различных положениях педали акселератора; на фиг. 5 - то же, в режимах работы двигателя при прогреве и на холостом ходу; на фиг. 6 - то же, в режимах средних и больших нагрузок.

Четырехтактный рядный двигатель внутреннего сгорания транспортного средства содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и головку 3 цилиндра 1, во впускном канале 4 которой размещены впускной клапан 5, приводимый от распределительного вала 6, и заслонка 7, установленная симметрично на оси 8, перпендикулярно направлению потока. Заслонка 7 установлена в канале 4 перед клапаном 5, будучи максимально приближенной к клапану с возможностью поворота на угол 90°.; Периферия заслонки 7 сопряжена с выемкой, выполненной предпочтительно полусферической, во втулке 9, установленной в проточке корпуса головки 3 соосно каналу 4 и расчлененной на две части плоскостью, проходящей через ось 8 заслонки 7 и одновременно через центр упомянутой полусферической выемки. Для двигателя с рядным расположением цилиндров ось 8 заслонки 7 предпочтительно расположена в плоскости, образуемой осью впускного канала 4 и осью цилиндра 1. Ось 8 заслонки 7 через гибкую связь 10 связана с коромыслом 11, которое шарнирно закреплено на корпусе 12 кулачков ого вала. Связь оси 8 с коромыслом 11 в рассматриваемом примере выполнена в виде ленточной спиральной пружины, одним концом закрепленной на коромысле 11, а с другим навитой на ось 8. В другом варианте устройства эта связь может быть выполнена шар- нирно-рычажной. Коромысло имеет роликовый контактный элемент 13, посредством которого оно контактирует с кулачком 14 кулачкового вала 15, приводимого от распределительного вала б посредством цепного привода 16 с передаточным

отношением 1:1. Для привода кулачкового вала 15 вместо цепного привода могуттакже использоваться зубчатая передача или зубчатый ремень, а вместо роликового контактного элемента коромысло может иметь

цилиндрическую пяту.

Привод оси 8 заслонки 7 включает также пружину 17, охватывающую ось 8 и закрепленную одним концом на этой оси, а другим концом зафиксированную на корпусе 12.

5 Заслонка имеет регулируемый упор 18 для

фиксации з.аслонки в открытом положении,

Ось 8 заслонки 7 расположена в плоскости

качания коромысла 11, Профиль кулачка 14

- имеет четыре участка 19, 20, 21 и 22, из

0- которых участки 19 и 2Описаны другими из центра кулачка, два других - 20 и 22, расположенные между участками 19 и 21, очерчены пямыми линиями. Цепной привод 16 содержит ведущую звездочку 23, закреп5 ленную на распределительном валу 6, ведомую звездочку 24, закрепленную на кулачковом валу 15 в одной плоскости с ведущей звездочкой 23, подвижную и неподвижную 26 дополнительные звездочки,

0 закрепленные на поворотном секторе 27, установленном на валу 6, цепь 28 и пружину 29 для натяжения цепи 28, Сектор 27 установлен шарнирно на подшипнике 30 на распределительном валу 6 и имеет привод от

5 педали акселератора 31, включающий связанные между собой трубопроводом главный 32 и исполнительный 33 гидроцилиндры с уплотненными по периферии поршнями (не показаны) и штоками.

0 Шток 34 исполнительного гидроцилиндра, связанный посредством тяги с сектором 27, выполнен с упорами 35 и 36. Педаль31 снабжена пружиной 37. Во впускном тракте 38 между его открытым концом и заслонкой 7

5. размещена дроссельная заслонка 39 (в данном примере выполнения дроссельная заслонка первичнс-й камеры двухкамерного карбюратора с последовательным включением заслонок), имеющая привод от педали

0 31 акселератора. Этот привод осуществлет- ся через гидроцилиндры 32 и 33 и шток 34, взаимодействующий своим упором 35 с вогнутым 40 и плоским 41 участками внутренней поверхности 42 коромысла 43,

5 имеющего ось вращения 44 (закреплена в отдельном кронштейне), соединенного своим коротким рычагом посредством шарнира 45 с тягой 46, связанной с рычагом карбюратора. Профиль упомянутых участков 40 и 41 коромысла 43, показанный на фиг. 5 и 6,

очерчивается дугой окружности (участок 40), переходящей в прямую (участок 41), причем угловая протяженность дуги, а также расстояние между осью вращения 44 коромысла 43 и шарниром 45 выбирают из условия полного открытия дроссельных заслонок карбюратора. Протяженность участка 41 выбирают из условия непрерывного контакте коромысла 43 и упора 35 во всем диапа- з|оне заслонки 7. Ось вращения 44 не Должна совпадать с траекторией перемеще- н|ия упора 35. Коромысло 43 снабжено пру- 4иной 47, а шток 34 имеет пружину 48. Упор 36 на штоке 34 выполнен для взаимодействуя с подвижным ограничителем перемещения штока 34. Ограничитель перемещения выполнен в виде штока 49 электромагнитного клапана 50, при контактирующие друг с другом повер- упора 36 и торца штока 49 имеют 51 и 52. Скошенная поверхность51 на yhope 36 выполнена таким образом, чтобы пои перемещении штока 34 при переходе дзигателя от принудительного холостого хо- д э к нагрузочному режиму она оказалась бы напротив ответного скоса 52 на торце штока 49 и, взаимодействующая с этим скосом, обеспечивала бы беспрепятственно пере- мЬщение штока 34. На холостом ходу кон- т ктупора 36 и штока 49 осуществляется по HJC поверхности соответственно 53 и 54, при эт;ом шток 49 препятствует перемещению ш|гока 34. Электромагнитный клапан 50 свя- ЗсН с датчиками нагрузочного режима 55 р боты двигателя и частоты вращения 56 через блок управления 57 экономайзером принудительного холостого хода. Датчик 55 выполнен в виде микропереключателя, име- юЩего привод от дроссельной заслонки 39 первичной камеры карбюратора. Датчик 56 выполнен в виде прерывателя-распредели- .те|ля системы зажигания. Использование двух гидроцилиндров 32 и 33 в приводе за- слрнок 7 и 39 связано с необходимостью совместного-управления этими заслонками и увеличением в связи с этим усилий на пе дали31.

Управление двигателем при его работе осуществляется следующим образом. При пуске двигателя установочные регулировки обеспечивают закрытое или же приоткрытое положение дроссельной заслонки 39 первичной, камеры (заслонка вторичной камеры закрыта).Шток занимает положение, обеспечивающее резкое сокращение (по сравнению с ДВС с традиционным механизмом газораспределения) определяемой моментом закрытия заслонки 7 фазы конца впуска (примерно при положении поршня в НМТ). Коромысло 43, взаимодействуя своей

профильной поверхностью на участке 40 с выступом 35 штока 34, поворачивается вокруг оси 44 и через тягу 46 управляет дроссельной заслонкой 39 карбюратора. Таким образом, управление карбюратором происходит одновременно с управлением штоком

34 фазой конца впуска. На холостом ходу фаза конца впуска должна обеспечивать минимальное разрежение во впускном тракте

0 при устойчивой работе двигателя. Фиксация оптимальной для холостого хода фазы конца впуска осуществляется при взаимодействии упора 36 и штока 49, когда последний ограничивает перемещение штока 34.

5 При переходе на режим малых нагрузок при нажатии на педаль 31 путем перемещения штока 34 изменяют фазу конца впуска в сторону увеличения, а через упор 35 коромысла и тягу 46 и рычаги карбюратора обес0 .печивает полностью открытое положение обеих его дроссельных заслонок (при нагрузке порядка 5...10% от максимальной). При дальнейшем увеличении нагрузки упор

35 штока, взаимодействуя с участком 41 5 контактной поверхности коромысла, обеспечивает сохранение полного открытия .дроссельных заслонок карбюратора, а шток, перемещаясь, вызывает изменение фазы конца впуска в сторону запаздывания 0 (при малых нагрузках он переходит в опережение по отношению к НМТ), при средних нагрузках эта фаза близка к традиционным величинам, а при больших нагрузках она сдвинута в сторону запаздывания). Обрат- 5 ное движение элементов устройства при . снижении нагрузки с гидроцилиндрами одностороннего действия обеспечивается пружинами 37, 47, 48. При переходе с нагрузочного режима принудительного холостого 0 хода шток 34 при помощи пружины 48 начинает возвращаться в первоначальное положение, электроклапан 50 под действием сигнала от блока управления 57, к которому подключены микропереключатель 53 и пре- 5 рыватель-распределитель 56 системы зажигания, открывается, что обеспечивает при перемещении штока через коромысло 43 и тягу 46 полное закрытие обеих дроссельных заслонок карбюратора и большое опереже- 0 ние фазы конца впуска для обеспечения максимальной затраты энергии на преодоление механических потерь двигателя.

Таким образом, в заявляемом двигателе внутреннего сгорания обеспечивается со- 5 вместное управление фазой закрытия заслонки 7 и дроссельными заслонками , карбюратора, при. этом при пуске, на холостом ходу и при малых нагрузках осуществляетсядросселированиетопливо-воздушной смеси с одновременным обеспечением требуемой фазы конца впуска, а на средних и больших нагрузках регулирование мощности двигателя осуществляется только посредством изменения фазы конца впуска. Достигнутая оптимиза- ция управления двигателем и искровым зажиганием обеспечивает, с одной стороны, улучшение условий работы на режимах пуска, холостого хода и малых нагрузок, а с другой - уменьшение затрат энергии на на- сосные хода, снижение температуры сжатия и склонности к детонации на средних и повышенных нагрузочных режимах. Следствием отмеченного является высокая топливная экономичность двигателя и низ- кая токсичность отработавших газов.. Формул а изобретения Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра, во впускном канале которой размещены впускной клапан с приводом от распределительного вала и заслонка установленная на оси перед клапаном, привод заслонки, подсоединенный через кинематическую связь к ее оси, и ор- ган управления моментом открытия заслонки, подключенный к приводу заслонки, при этом последний выполнен в виде кулачкового вала, связанного с распределительным валом, а кинематическая связь привода заслонки выполнена в виде рычажной системы, и профиль кулачка кулачкового вала выполнен с двумя концентрическими дугами окружности, связанными своими концами одна с другой через два прямолинейных участка, отличаю щийс я тем, что, с целью повышения качества работы при использовании в двигателе рабочего процесса с искровым зажиганием, он снабжен подпружиненным штоком с двумя упорами, датчиком нагрузочного режима, управляемым подвижным ограничителем, связанным с датчиком нагрузочного режима, и подпружиненным двуплечим рычагом с профильной поверхностью, при этом подпружиненный шток одновременно кинематически связан с педалью управления и поворотным сектором цепного привода, управляемый подвижный ограничитель установлен с возможностью взаимодействия с одним из упоров подпружиненного штока, а подпружиненный двуплечий рычаг соединен с дроссельной заслонкой карбюратора и установлен с возможностью взаимодействия своей профильной поверхностью с другим упором подпружиненного штока.

Использование: в двигателях внутреннею сгорания с искровым зажиганием. Сущ- но :ть изобретения: орган управления моментом открытия заслонки выполнен в виде подпружиненного штока (34) с приводе от педали (31), имеющего упор (36) для взаимодействия с подвижным ограничителем (49) перемещения штока (34) и контактирующего с подпружиненным двуплечим рычагом (43) с продольной поверхностью, который соединен с приводом дроссельной заслонки (39) карбюратора, размещенной во впускном тракте (Зб).Подвижный ограничитель (49) перемещения управляется от электронного блока (57) управления экономайзером принудительного холостого хода, к которому подключены микропереключатель (56) дроссельной заслонки (39) и прерыватель-распределитель системы зажигания. В заявляемом двигателе на режимах пуска на холостом ходу и при малых нагрузках осуществляется дросселирование свежего заряда с одновременным обеспечением требуемой фазы конца впуска, а на средних и больших нагрузках регулирование мощности двигателя осуществляется только посредством изменения фазы конца впуска. 6 ил. Ё

$Ьз.2