двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ, содержащий цилиндр с размещенными в нем основным и дополнительным поршнями, днища которых обращены один к другому, камеру сгорания, головку цилиндра, между торцевой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и последним образована полость, и магистрали подвода и отвода охлаждающей жидкости с насосом, обратным клапаном, редукционным клапаном и резервуаром для жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, упрощения конструкции и уменьшения ее габаритов, в головке цилиндра выполнены подводящий и отводящий каналы, каждый из которых одним концом соединен с полостью, а другим концом - соответственно к обратному и редукционному клапанам, причем зоны соединения подводящего и отводящего каналов к полости расположены по разные стороны от продольной оси цилиндра, а дополнительный поршень выполнен с буртом на его боковой поверхности, расположенным между торцевой поверхностью головки цилиндра и торцевой поверхностью расточки, выполненной в стенке цилиндра, с зазором относительно боковой поверхности этой расточки.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что редукционный и обратный клапаны выполнены регулируемыми и с соответственно подпружиненными золотником и конусным запорным элементом, размещенными в расточках, выполненных в головке цилиндра.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в днище дополнительного поршня выполнено углубление.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия.

Известен двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащий цилиндр с размещенным в нем основным поршнем, камеру сгорания, головку цилиндра с выполненной в ней расточкой, в которой размещен первый дополнительный поршень, связанный со вторым дополнительным поршнем, установленным в гидроцилиндре.

Наличие дополнительного объема камеры сгорания, расположенного в головке, и двух дополнительных поршней, усложняет конструкцию и технологию изготовления, увеличивает вес и металлоемкость, снижает надежность и эффективность работы двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащий цилиндр с размещенными в нем и обращенными друг к другу своими днищами основным и первым дополнительным поршнями, камеру сгорания, головку цилиндров, между торцевой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и этим поршнем образована полость, и магистрали для подвода охлаждающей жидкости от насоса к обратному клапану и для отвода ее от редукционного клапана в резервуар для жидкости. Первый дополнительный поршень связан со вторым дополнительным поршнем, установленным в гидроцилиндре. Гидроцилиндр через подводящий и отводящий каналы, расположенные вне головки цилиндра, подключен к упомянутым клапанам, выполненным нерегулируемыми шарикового типа. Первый дополнительный поршень выполнен с плоским днищем. Полость между первым дополнительным поршнем и торцевой поверхности головки цилиндра, связана с источником сжатого воздуха и уплотнена от гидроцилиндра.

Установка первого дополнительного поршня вместе с основным поршнем в цилиндре двигателя и отсутствие дополнительного объема камеры сгорания в головке цилиндра обеспечивает уменьшение тепловых потерь в камере сгорания и улучшение условий работы газового стыка. Однако в известном двигателе предусмотрено два дополнительных поршня, и при этом не обеспечивается эффективное охлаждение первого из них, следствием чего является усложнение конструкции и снижение надежности работы. Необходимость уплотнения полости от гидроцилиндра и выполнение клапанов нерегулируемыми шарикового типа вызывают дополнительное усложнение конструкции и снижение надежности работы. Наличие гидроцилиндра и принятое размещение упомянутых каналов и клапанов увеличивает габариты двигателя, а регулирование положения первого дополнительного поршня требует сложной системы управления.

Цель изобретения - повышение надежности при уменьшении габаритов и упрощении конструкции.

Эта цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащем цилиндр с размещенными в нем и обращенными друг к другу своими днищами основным и дополнительным поршнями, камеру сгорания, головку цилиндра, между торцовой поверхностью которой, обращенной к дополнительному поршню, и этим поршнем образована полость, и магистрали для подвода охлаждающей жидкости от насоса к обратному клапану и для отвода ее от редукционного клапана в резервуар для жидкости, в головке цилиндра выполнены подводящий и отводящий каналы, каждый из которых одним концом подключен к полости, а другим концом соответственно к обратному и редукционному клапанам. Зоны подключения подводящего и отводящего каналов к полости расположены по разные стороны от вертикальной оси цилиндра. Дополнительный поршень выполнен с буртом на его боковой поверхности, расположенным между торцовой поверхностью головки цилиндра и торцовой поверхностью расточки, выполненной в стенке цилиндра, с зазором относительно боковой поверхности этой расточки.

Редукционный и обратный клапаны выполнены регулируемыми и имеют подпружиненные золотник и конусный запорный элемент, размещенные в расточках, выполненных в головке цилиндра. В днище дополнительного поршня выполнено углубление под камеру сгорания. При таком выполнении двигателя с помощью простых средств (без второго дополнительного поршня и гидроцилиндра) обеспечивается стабилизация максимального давления P_Z цикла на разных режимах работы, а также достигается эффективное охлаждение дополнительного поршня и демпфирование ударных нагрузок при его перемещении и, как следствие этого, повышение надежности работы двигателя. Расположение отводящего и подводящего каналов и клапанов в головке цилиндра обеспечивает одновременно уменьшение габаритов двигателя.

На чертеже показан двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия.

В качестве примера представлен двигатель, работающий по двухтактному циклу. Двигатель содержит цилиндр 1 с входным 2 и выходным 3 окнами системы продувки цилиндра и головку 4 цилиндра. В цилиндре 1 размещены основной поршень 5, связанных через шатун с коленчатым валом (не показан), и дополнительный поршень 6, обращенные друг к другу своими днищами 7 и 8. В днище 8 поршня 6 выполнено углубление 9 под камеру сгорания. Сбоку в цилиндр ввернута свеча зажигания 10, электроды которой выведены в полость 11 между днищами поршней. Поршень 5 снабжен газоуплотнительными кольцами 12 и маслосъемным кольцом 13. Поршень 6 снабжен газоуплотнительными кольцами 14 и маслоуплотнительным кольцом 15. В головку 4 цилиндра запрессован штифт 16, исключающий вращение поршня 6. Между торцовой поверхностью 17 головки 4 и внутренней поверхностью днища поршня 6 образована полость 18, к которой в зоне 19 подключен выполненный в головке подводящий канал 20, а в зоне 21, подключен выполненный также в головке отводящий канал 22. Зоны 19 и 20 подключения каналов 20 и 22 к полости 18, примыкающие к стенке цилиндра, расположены по разные стороны от продольной оси 23 цилиндра. Подводящий канал 20 через обратный клапан 24 связан с магистралью 25 подвода смазочной жидкости от масляного насоса (не показан). Отводящий канал 22 связан через редукционный клапан 26 с магистралью 27 для отвода смазочной жидкости в поддон (не показан). Обратный клапан 24 состоит из седла 28, запорного элемента 29 с конусной рабочей поверхностью и шлицами, пружины 30, упора 31 пружины стопорного винта 32 и резьбовой пробки 33. Редукционный клапан 26 состоит из золотника 34, пружины 35, упора 36 пружины, стопорного винта 37 и резьбовой пробки 38. Поршень 6 имеет бурт 39 на боковой поверхности 40, который расположен между торцовой поверхностью 17 головки цилиндра и торцовой поверхностью 41 расточки, выполненной в стенке цилиндра 1, с зазором (порядка 0,25 мм) относительно боковой поверхности 42 этой расточки.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Во время пуска двигателя поршень 6 находится на минимальном расстоянии от поршня 5, которое определяет наибольшую степень сжатия. Это положение поршня 6 определяется упором его бурта 39 в торец 41 расточки цилиндра 1. Полость 18 заполнена маслом. Поршень 6 не меняет своего положения до тех пор, пока максимальное давление газов в камере сгорания не станет больше давления, при котором открывается редукционный клапан 26. После этого часть масла будет вытесняться в поддон двигателя через редукционный клапан 26, а поршень 6 будет перемещаться к головке цилиндра. По мере перемещения поршня 5 к нижней мертвой точке давление в полости 11 уменьшается и становится меньше давления в полости 18. В связи с этим давление в полости 18 также уменьшается. У нижней мертвой точки величина давления в этой полости определяется давлением жидкости, поступающей от насоса. В это время поршень 6 перемещается в сторону поршня 5, а скорость и величина его перемещения определяются количеством жидкости поступающим в полость 18 в это же время. Темп подачи жидкости в полость 18, в основном, зависит от гидравлического сопротивления обратного клапана 24 и напора масляного насоса. От темпа подачи масла в полость 18 зависит величина перемещения поршня 6 в направлении к поршню 5 в конце каждого рабочего цикла. Этот темп не должен быть слишком большим, чтобы поршень не успел занять исходное положение в конце каждого рабочего цикла, и не должно быть слишком маленьким, чтобы быстродействие устройства не оказалось недостаточным на быстропеременных режимах работы двигателя. Вместе с тем количество жидкости, подаваемой в полость 18, должно быть достаточным для обеспечения теплосъема от днища дополнительного поршня 6. Редукционный клапан 26 запирает канал 22 до тех пор, пока наибольшее давление рабочего цикла P_Z не превысит расчетного значения. Расход масла через редукционный клапан 26 будет тем больше, чем больше давление P_Z будет превышать расчетное значение. Положение поршня 6 в цилиндре 1 и объем камеры сгорания (полость при положении поршня 4 в верхней мертвой точке) на установившемся режиме работы двигателя определяется соотношением количества масла, подаваемого в полость 18 через обратный клапан 24 и удаляемого из этой полости через редукционный клапан 26 в единицу времени, например в секунду. Таким образом, поршень 6 во время работы двигателя находится во взвешенном и промежуточном положении между двумя упорами (в головку цилиндра и торец расточки цилиндра). Скорость перемещения его должна быть в пределах 1-3 мм в децисекунду. При перемещении поршня 6 меняется степень сжатия цилиндра двигателя. При необходимости изменить величину стабилизации давления P_Z нужно изменить усилие пружины 35 редукционного клапана 26 путем перемещения по резьбе упора 36 пружины. Аналогичным образом регулируется обратный клапан 24, если нужно изменить темп подачи масла в полость 18 от насоса путем изменения степени редукции давления масла в обратном клапане 24. Таким образом, при помощи простых средств обеспечивается стабилизация P_Z и при необходимости ее регулирование.

Благодаря заполнению полости 18 жидкостью и расположению зон подключения к этой полости подводящего и отводящего каналов по разные стороны от продольной оси цилиндра обеспечивается эффективный теплоотвод от днища поршня, в том числе и за счет исключения застойных зон и воздушных пробок в полости. При этом наибольший эффект будет достигаться при горизонтальном расположении цилиндра. Следствием отмеченного является устранение перегрева дополнительного поршня, калильного зажигания и повышение надежности работы. Выполнение подводящего и отводящего каналов в головке цилиндра, наличие лишь одного дополнительного поршня, размещенного в том же цилиндре, что и основной поршень, обеспечивает упрощение конструкции, уменьшение габаритов и дополнительное повышение надежности. Повышению надежности работы способствует также эффективное демпфирование при перемещении дополнительного поршня, а также принятые конструкции обратного и редукционного клапанов. Их размещение в расточках головки способствует дополнительному снижению габаритов двигателя. Кроме того, обеспечивается возможность использования для дополнительного поршня материала с уменьшенным теплоотводом. При выполнении выемки под камеру сгорания в днище этого поршня утепленная камера сгорания обеспечивает условия для повышения эффективности рабочего процесса двигателя.