Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым объемом цилиндров

(57) Использование;Сущность изобретения:цилиндр с поршнями и ТРЕННЕГО СГОРАМ ОБЪЕМОМ ЦИдвигателестроение. двигатель содержит кривошипно-шатунил,Изобрростроенишневогообъемомпримененрежимомлях. тение от , в частн двигате амер сго е на дви аботы, н носится к области мото- ости к конструкции порля с регулируемым рания, и может найти гателях с переменным апример, на автомобиеннего сгоракамер сгоравнутреннего 02 О 15/04, теля является еделительнос механизмом ания, и отсутирования поигателя внутмым объемомкомпенсациго в головк СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗС)Б Известны двигатели внутр ния с регулируемым объемом ния, например, двигатель сгорания по а.с. М 1314135 Р Недостатком этого двига повышенная масса газораспр го механизма, совмещенного изменения объема камер сгор ствие автоматического регул следнего. Известна конструкция дв реннего сгорания с регулируе камеры сгорания при помощи онного поршня, установленноным механизмом. Цилиндр снабжен компенсационным поршнем, который управляется гидроцилиндром. Поршневая штоковая полость гидроцилиндра соединена с золотниковым распределителем, золотник которого одновременно соединен через винтовую пару с приводным валом, и через шлицевую муфту - с выходным валом суммирующего механизма, а входные валы последнего соединены соответственно с вакуумным чувствительным элементом и центробежным чувствительным элементом, источником давления служит гидронасос. 2 з,п. ф-лы, 4 цилиндра с возможностью перемещения в гидроцилиндре под действием разности давлений в последнем и камере сгорания, з (а.с. М 983293 Р 02 В 75/04, Р 02 О 15/04).Недостатком этой конструкции являются значительные потери энергии на цикли- ц ческие перемещения компенсационного поршня под действием меняющегося на протяжении рабочего цикла давления внутри цилиндра, а также техническая сложно- "0 сть осуществления надежного уплотнения поршня гидроцилиндра, работающего в условиях высоких температур, Автоматическое регулирование объема камеры сгорания в упомянутом двигателе выбранном в качестве прототипа, осуществляется в зависимости от положения дроссельной заслонки во впускном коллекторе. Такое регулирование недостаточно эффективно, так как степень наполнения цилиндра двигателя горючей смесью только косвенно зависитот положения дроссельной заслонки, Оптимальная же степень сжатия находится в прямой линейной зависимости от величины вакуума во впускном коллекторе двигателя и в обратной линейной зависимости от частоты вращения коленчатого вала, Поэтому более эффективным является регулирование объема камеры сгорания в зависимости от этих параметров,Целью изобретения является повышение топливной экономичности двигателя за счет автоматического регулирования степени сжатия в зависимости от режима работы,510 15 20 25 30 35 40 Цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочие цилиндры с поршнями, газораспределительный механизм, впускной и выпускной коллекторы, размещенную во впускном коллекторе дроссельную заслонку и установленные в головке каждого, цилиндра управляемые компенсационные поршни с гидравлическим приводом, снабжен центробежным и вакуумным чувствительными элементами, которые через суммирующий механизм с помощью шлицевой муфты связаны с золотниковым распределителем гидропривода, включающего в себя гидро- цилиндр с поршнем и штоком, образующими поршневую и штоковую полости, подключенные к золотниковому распределителю, шток гидроцилиндра сочленен с одним плечом двуплечего рычага, образованного приводным валом с жестко закрепленными на его оси поводками, а второе плечо - с шатунами компенсационных поршней, золотник распределителя связан с приводным валом и суммирующим механизмом. Суммирующий механизм выполнен в виде дифференциального зубчатого редуктора.Связь золотника распределителя с приводным валом выполнена в виде винтовой пары, а с суммирующим механизмом - в 4550 регулируемой степенью сжатия, изменение которой осуществляется в зависимости от величины давления газов в рабочем цилиндре и положения дроссельной заслонки, в предлагаемом двигателе осуществлена автоматическая регулировка объема камер 55 виде шлицевой муфты.Анализ известных в данной области решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом двигателе внутреннего сгорания, и признать заявляемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия",В отличие от известных двигателей с сгорания в зависимости от величины вакуума во впускном коллекторе и частоты вращения коленчатого вала двигателя, то есть в зависимости от тех параметров, которые непосредственно, влияют на величину давления газов внутри цилиндров в конце такта сжатия, от которой в свою очередь зависит допустимая степень сжатия.На фиг.1 показана кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания с регулируемым объемом камер сгорания,Двигатель содержит цилиндр 1 с рабочим поршнем 2 и кривошипно-шатунным механизмом 3. Во впускной системе цилиндра имеется дроссельная заслонка 4, Головка блока цилиндров снабжена компенсационными поршнями 5 (на фиг,1 показан только один), Каждый компенсационный поршень при помощи двуплечего рычага, образованного приводным валом 8 с жестко закрепленными на его оси поводками 7, соединен со штоком 9 гидроцилиндра 10. Приводной вал удерживается в исходном положении при неработающем двигателе возвратной пружиной 11.Поршневая и штоковая полости гидро- цилиндра 10 соединены трубопроводами с золотниковым распределителем 12, снабженным золотником 13, который с помощью штока 14 через винтовую пару 15 соединен с приводным валом 8, а через шлицевую муфту 16 - с выходным валом 17 суммирующего механизма 18. Входной вал 19 суммирующего механизма при помощи рычага 20 соединен со штоком 21 вакуумного чувствительного элемента 22, рабочая полость которого сообщается с впускным коллектором 23. Входной вал 24 суммирующего механизма соединен с помощью рычага 25 и поводка 26 с центробежным чувствительным элементом 27, получающим вращение от распределительного вала механизма газораспределения двигателя.Между шлицевой муфтой 16 и выходным валом 17 суммирующего мезанизма установлена поперечно-свертная муфта 28, выполняющая роль октан-корректора,Гидроцилиндр 10 получает питание от гидронасоса 29, ротор которого получает вращение от коленчатого вала двигателя,Двигатель работает следующим образом.В исходном положении при неработающем двигателе компенсационный поршень 5 находится вверху на упоре, удерживаемый пружиной сжатия 11, Шток 21 вакуумного чувствительного элемента выдвинут вверх до упора, грузы центробежного чувствительного элемента сомкнуты, золотник 13 - в нейтральном положении. После запускадвигателя, при малой частоте вращения коленчатого вала, вакуумный чувствительный элемент втягивает шток 21 в крайнее нижнее положение, грузы центробежного чувствительного элемента продолжают оставаться сомкнутыми.За счет поворота вала 17 винт винтовой пары вывинчивается и смещает золотник 13 вправо, соединяя нижнюю (поршневую) полость гидроцилиндра 10 с напорной магистралью и поворачивая вал 8 на угол, равный углу поворота вала 17.Компенсационный поршень опускается вниз до упора. Степень сжатия достигает максимального значения,При резком полном открытии дроссельной заслонки 4, вакуум в задроссельном пространстве впускного коллектора двигателя уменьшается, шток 21 вакуумного чувствительного элемента выдвигается, поворачивая через суммирующий механизм 18 вал 17 и завинчивая винт винтовой пары 15, тем самым смещая золотник 13 влево от нейтрального положения,Верхняя (штоковая) полость гидроцилиндра 10 соединяется с напорной магистралью, поворачивая вал 8 на точно такой же угол, как повернут вал 17, и поднимая компенсационный поршень 5 вверх, тем самым снижая степень сжатия двигателя и предотвращая детонацию,С ростом частоты вращения коленчатого вала от 0,4 пмас до пмас работает центробежный чувствительный элемент 27, грузы которого расходятся с ростом частоты вращения. Соответственно срабатывают суммирующий механизм 18, винтовая пара 15,золотник 13,гидроцилиндр 10,приподнимая компенсационный поршень 5, тем самым компенсируя его опускание, вызванное увеличением вакуума во впускном коллекторе за счет роста частоты вращения коленчатого вала. Таким образом, при работе двигателя на полном дросселе степень сжатия в пределах от 0,4 пмас до пмас остается минимальной, предотвращая детонацию,При уменьшении открытия дроссельной заслонки, вакуум во впускном коллекторе увеличивается, срабатывает вакуумный чувствительный элемент на соответствующую величину перемещения штока 21, перемещая соответственно компенсационный поршень вниз, увеличивая на необходимую величину степень сжатия,При полном закрытии дроссельной заслонки (переводе двигателя на холостые обороты) шток 21 вакуумного чувствительного элемента задвигается полностью, компенсационный поршень опускается вниз до40 октан-корректора, основана на изменении начального взаимного углового положенияприводного вала 8 и штока 14, тем самым 45 50 ек = яо/ 7 ТО Рк 55 5 10 15 20 25 30 35 упора, степень сжатия достигает максимальной величины. За счет уменьшения количества подаваемой в цилиндры двигателя горючей смеси частота вращения коленчатого вала падает.Если при работе двигателя на максимальных оборотах дроссельную заслонку прикрыть частично, то соответственно частично увеличится степень сжатия, а затем по мере падения частоты вращения коленчатого вала будет происходить уменьшение степени сжатия за счет совместной работы вакуумного и центробежного чувствительных элементов.При остановке двигателя, вначале, несмотря на падение частоты вращения коленчатого вала, вакуум во впускном коллекторе и родол жает оставаться высо ким. В а куумный чувствительный элемент удерживает компенсационный поршень 5 в нижнем положении, После полной остановки двигателя вакуум исчезает, шток 21 вакуумного чувствительного элемента выдвигается, поворачивая винт винтовой пары 15 и смещая золотник 13 влево, Пружина 11 возвращает компенсационный поршень 5 в верхнее исходное положение. Чтобы этому перемещению не препятствовала гидравлическая жидкость, находящаяся в цилиндре 10, служит перепускной обратный клапан 30, который позволяет гидравлической жидкости перетекать из нижней полости в верхнюю при остановленном гидронасосе 29,Для исключения поломок механизмов системы управления при передаче вращения от вала 8 к валу 17, что может иметь место при остановке двигателя, служат буферные пружины 31.Работа муфты 28, служащей в качестве изменяются пределы регулирования объема камер сгорания. Это необходимо в случае перевода двигателя на топливо с октановым числом, отличным от расчетного. Расчет основных параметров двигателясводится к следующему, Максимально допустимая степень сжатия определяется по формуле: где ео - допустимая степень сжатия аналогичного, но нерегулируемого двигателя;Р - давление в цилиндре в конце впуска, мПа.Пользуясь известной диаграммой, определяют величину Р для карбюраторногодвигателя без наддува при и = сопзс в зависимости от д.Пределы регулирования выбирают из известного графика, Если ограничиться регулировкой в пределах от,йд 19 = 0,3 (относительного открытия дросселЬной заслонки) до (йод) = 1,0, то при и = 1,0(йод) = =0,3, у = 0,35, по графику Р = 0,05 мПа.Тогда для двигателя с 6 =8,8 при оснащении его предлагаемой системой регулирования можно принять максимально доп стимую степеньсжатияекмакс=8,8/ 100,05 =12,5.При этом относительный индикаторный КПД возрастет с д= 1,05 до д= 1,15.Термический КПД, вычисленный по формуле ц = 1 - 1, при К = 1,3 повысится с т =0,47 до д =0,53.Для расчета автоматической системы регулирования степени сжатия предлагаемого двигателя необходимо иметь следующие исходные данные:1, График зависимости коэффициента наполнения дот разрежения Л Рк (= 1 (Ь Р ) 3 во впускном коллекторе двигателя в задроссельном пространст- ве.Эта зависимость линейная и выражается формулой д = а - Ь Рк, где а и Ь - опытные коэффициенты.Графически это выглядит так, как показано на фиг.2, а=оп;Ьп, Ь=тду=ОГ2, График зависимости коэффициента наполнения зу от частоты вращения колен- вала двигателя и величины относительного открытия дроссельной заслонки,3, График зависимости давления горю.чей смеси внутри цилиндра в конце такта сжатия от частоты вращения коленвала при р= сопзс(см. фиг.3).С достаточной для практики точностью эту зависимость можно принять линейной, а максимальное относительное увеличениеъ давления Л Рс Р за счет увеличеРс макс ния частоты вращения в пределах регулирования п = 0,4 - 1,0 равным относительному уменьшению коэффициента наполненияЛ ЬЦч при,идтд = 1,0,Цчмакс4. Предельные значения регулируемой степени сжатия. Приближенно определяются по известным данными формуле ея = Ео/ЪТО Рк уточняются экспериментально при доводке двигателя. На графике, приведенном на фиг.4, показаны основные зависимости, необходимые для расчета,- Площадь, ограниченная точками а, Ь,5 б, а - область охвата режимов работы двигателя регулированием;- О - Я - шкала перемещений компенсационного поршня;- ап 1 - величина изменения коэффици 10 ента наполнения у при и = 0,4 и открытиидроссельной заслонки в пределах (йд 19) == 0,3 - 1,0;- се - величина изменения д при и = 1,0и открытии дроссельной заслонки в преде 15 лах(й 919) = 0,3 - 1,0;- ОТ - величина перемещения компенсационного поршня за счет работы центробежного чувствительного элемента приизменении п = 0,4-1,0;20 - а - точка экстремума кривой дч= 1(п)при идтд) = 1;- Ог - величина вакуума во впускномколлекторе, соответствующая максимальному перемещению компенсационного пор 25 шня,Для нахождения величины вакуума вовпускном коллекторе, а следовательно, и вкамере вакуумного чувствительного элемента, соответствующей заданному режи 30 мработы двигателя, например, п = 0,7 и(и 919) = 0,6, необходимо на оси О - и найти величину 0,7, подняться по вертикали до пересечения с кривой цч= 1(п) при(й 919) = 0,6, провести горизонталь допересечения со шкалой О-Я и линиейу= т (ЛРк) и опуститься по вертикали вточку 1, Отрезок О-т на оси О - Л Рк даствеличину вакуума. Отрезок О -на шкалеО - Я определит величину перемещения ком 40 пенсационного поршня из исходного положения вниз за счет работы вакуумногочувствительного элемента,Величина перемещения компенсационного поршня за счет работы центробежного45 чувствительного элемента, соответствующая этому же режиму работы двигателя, определится отрезком Ь - с в масштабе шкалыО-Я,Используя полученные величины вакуу 50 ма и перемещений компенсационного поршня, соответствующих начальным а, в иконечным Ь, с, б, е точкам области регулирования, легко рассчитать диаметр диафрагмы и жесткость пружины вакуумногочувствительного элемента, массу грузов ижесткость пружины центробежного чувствительного элемента.Наиболее подходящим по конструкциицентробежным чувствительным элементомявляется тахометр, приведенный в книге И,Я.Райкова "Испытания двигателей внутреннего сгорания", М.: Высшая школа, 1975,к 2, с.107, рис,Ч.,Формула изобретения 1, Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым объемом цилиндров, содержащий рабочие цилиндры с поршнями, газораспределительный механизм, впускной и выпускной коллекторы, размещенную во впускном коллекторе дроссельную заслонку и установленные в головке каждого, илиндра управляемые компенсационные поршни с гидравлическим приводом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения топливной экономичности, двигатель снабжен суммирующим механизмом, центробежным и вакуумным чувствительными элементами, приводным валом, жестко связанным с осью вращения двуплечим рычагом и шатунами для каждого компенсационного поршня, гидравлический привод компенсационного поршня выполнен в виде золотникового распределителя и гидро- цилиндра с поршнем и штоком, образующими поршневую и штоковую полости, подключенные к золотниковому распре делителю, шток гидроцилиндра связан содним плечом двуплечего рычага, другое плечо которого соединено с шатунами компенсационных поршней, ось вращения двуплечего рычага соединена с привод ным валом, золотник распределителя связан с приводным валом и суммирующим механизмом, а к последнему подключен центробежный и вакуумный чувствительные элементы.15 2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что суммирующий механизм выполнен в виде дифференциального зубчатого редуктора.3, Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я 20 тем, что связь золотника распределителя сприводным валом выполнена в виде винтовой пары, а с суммирующим механизмом - в виде шлицевой муфты.1765479 оставитель В. Жерновоехред М.Моргентал рректор Н Соколов едакт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,каз 3368 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, МоскПодписное та по изобретениям и открытиям при ГКНТ С Ж, Раушская наб., 4/5