Устройство для изменения рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. Устройство содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра с впускным и выпускным клапанами, подвижный цилиндрический подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана. Подклапанный стакан снабжен седлами для впускного и выпускного клапанов и содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна. Боковая поверхность подклапанного стакана снабжена уплотняющими элементами. Верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана. Камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана. В начале процесса выхлопа подклапанный стакан с закрытым впускным клапаном находится в крайнем верхнем положении, а открытый выпускной клапан - в крайнем нижнем положении. При завершении процесса выхлопа по мере приближения поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) подклапанный стакан с закрытым впускным клапаном перемещается в крайнее нижнее положение, удаляя отработавшие газы из камеры сгорания и уменьшая паразитный (мертвый) объем камеры сгорания. В начале такта впуска подклапанный стакан перемещается в крайнее верхнее положение при открытом впускном клапане в крайнем нижнем положении. В конце процесса всасывания впускной клапан перемещается в крайнее верхнее положение и закрывается. Во время процесса сжатия и во время рабочего хода подклапанный стакан с закрытыми впускным и выпускным клапанами находится в крайнем верхнем положении. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия (КПД) двигателя, снижении расхода топлива, увеличении эффективности работы двигателя и повышении надежности устройства. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с устройствами для изменения рабочего объема цилиндров.

Известно устройство для изменения рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана (см. заявку Великобритании 2033960, опубл. 29.05.1980).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду плохой очистки паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и недостаточно надежная работа устройства.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива, увеличение эффективности работы двигателя и повышение надежности устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для изменения рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана, согласно изобретению подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом для впускного клапана и содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана, при этом выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана снабжена уплотняющими элементами, верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана, камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана, причем в начале процесса выхлопа подклапанный стакан с закрытым впускным клапаном выполнен с возможностью нахождения в крайнем верхнем положении, а открытый выпускной клапан выполнен с возможностью нахождения в крайнем нижнем положении, при завершении процесса выхлопа при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в направлении поршня с закрытым впускным клапаном, удаляя отработавшие газы из камеры сгорания и отделяя часть камеры сгорания от полости цилиндра, в начале процесса впуска при начале перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение совместно с закрытым выпускным клапаном, оставляя открытый впускной клапан в крайнем нижнем положении, при этом в конце процесса впуска впускной клапан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение и последующего закрытия, отделяя камеру сгорания от впускного тракта, а в процессах сжатия и рабочего хода подклапанный стакан с закрытыми впускным и выпускным клапанами выполнен с возможностью нахождения в крайнем верхнем положении.

Предпочтительно, чтобы диаметр подклапанного стакана был не больше диаметра поршня.

Предпочтительно, чтобы при завершении процесса выхлопа по мере приближения поршня к ВМТ впускной клапан был выполнен с возможностью опережающего неполного открытия, затем подклапанный стакан мог перемещаться в сторону поршня, закрывая впускной клапан, и вместе с ним мог перемещаться в крайнее нижнее положение.

Предпочтительно, чтобы длина хода подклапанного стакана была меньше длины хода впускного и выпускного клапанов или равна длине хода впускного и выпускного клапанов.

Камера сгорания может быть снабжена не менее одной свечой зажигания.

Подклапанный стакан в крайнем верхнем положении может быть выполнен с возможностью опоры на днище отверстия подклапанного стакана.

Опорная поверхность подклапанного стакана может быть снабжена ребрами для свободного истечения газов и теплоотвода.

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен с возможностью включения в работу при переходе двигателя на нагрузки от выше средних до номинальной.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания с открытым выпускным клапаном; на фиг.2 - конструкция подклапанного стакана, вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - конструкция подклапанного стакана, вид Б-Б на фиг.1.

Устройство для изменения рабочего объема камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной клапаны 4 и 5, и впускной и выпускной тракты 6 и 7. Подвижный цилиндрический подклапанный стакан 8 установлен в отверстии 9 подклапанного стакана головки 3 цилиндра. Имеется распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов 4 и 5 и приводной механизм подклапанного стакана 8 (не показаны). Подклапанный стакан 8 со стороны поршня снабжен седлом 11 впускного клапана 4 и седлом 12 для выпускного клапана 5. Кроме того, подклапанный стакан 8 содержит впускной и выпускной каналы 14 и 15 с впускными и выпускными окнами, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана 8. Выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана 8 снабжена уплотняющими элементами 16. Верхняя торцевая поверхность 13 подклапанного стакана 8 снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем 17, отверстиями 18 для штоков клапанов и отверстием 19, соединяющим впускной канал 14 подклапанного стакана 8 с объемом между верхней торцевой поверхностью 13 подклапанного стакана и днищем 20 отверстия 9 подклапанного стакана. На днище 20 отверстия может быть выполнена опорная поверхность для подклапанного стакана 8, которая в свою очередь быть может быть снабжена ребрами для свободного истечения газов и теплоотвода. Камера сгорания 21 образована днищем поршня 2, днищами подклапанного стакана 8, впускных и выпускных клапанов 4 и 5 и стенками отверстия 9 подклапанного стакана и может быть снабжена не менее одной свечой зажигания 10.

Приводной механизм подклапанного стакана может быть выполнен или гидравлическим, или в виде кулачков на распределительном валу (не показаны).

Устройство работает следующим образом. В начале процесса выхлопа подклапанный стакан 8 с закрытым впускным клапаном 4 находится в крайнем верхнем положении, а открытый выпускной клапан 5 - в крайнем нижнем положении. Во время процесса выхлопа по мере приближения поршня 2 к ВМТ подклапанный стакан 8 с закрытым впускным клапаном 4 перемещается в крайнее нижнее положение, осуществляя через открытый выпускной клапан 5 и выпускной канал 15 удаление отработавших газов из камеры сгорания 21. Во время движения подклапанного стакана 8 также происходит отделение камеры сгорания 17 от полости цилиндра 2 и уменьшение паразитного (мертвого) объема камеры сгорания 17 до нуля. В начале такта впуска, когда начинается перемещение поршня 2 от ВМТ к НМТ, подклапанный стакан 8 перемещается в крайнее верхнее положение вместе с закрытым выпускным клапаном 5, оставляя открытый впускной клапан 4 в крайнем нижнем положении. Происходит процесс впуска воздуха или топливо-воздушный смеси через впускное окно. В конце процесса впуска впускной клапан 4 перемещается в крайнее верхнее положение и закрывается, отделяя камеру сгорания 21 от впускного тракта 6. В процессе сжатия и во время рабочего хода подклапанный стакан 8 с закрытыми впускным и выпускным клапанами 4 и 5 находится в крайнем верхнем положении. При этом камера сгорания 21 соединена с полостью цилиндра 2. Следует отметить, что при завершении процесса выхлопа по мере приближения поршня 2 к ВМТ впускной клапан 4 имеет возможность опережающего неполного открытия, затем подклапанный стакан 8 перемещается в сторону поршня 2, закрывая впускной клапан 4, и вместе с ним перемещается в крайнее нижнее положение.

Перемещение подклапанного стакана 8 может происходить под действием гидравлического приводного механизма, например, известного из а.с. СССР 1288319, или с помощью соответствующим образом спрофилированных кулачков, выполненных на распределительном валу и обеспечивающих перемещение подклапанного стакана 6 для устранения паразитного (мертвого) объема камеры сгорания и очистки ее от отработавших газов и устанавливающих наиболее эффективный объем камеры сгорания для проведения рабочего процесса двигателя.

Приводной механизм подклапанного стакана 8 может быть выполнен с возможностью включения в работу при переходе двигателя на нагрузки от средней и выше до номинальной.

Формула изобретения

1. Устройство для изменения рабочего объема цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащее цилиндр, поршень, головку цилиндра, в которой размещены, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, установленный в отверстии подклапанного стакана головки цилиндра подвижный подклапанный стакан, распределительный вал с кулачковым механизмом для привода впускного и выпускного клапанов, и приводной механизм подклапанного стакана, причем подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом выпускного клапана, отличающееся тем, что подклапанный стакан со стороны поршня снабжен седлом для впускного клапана и содержит впускной и выпускной каналы, впускное и выпускное окна, которые расположены на боковой поверхности подклапанного стакана, при этом выше и ниже впускного и выпускного окон боковая поверхность подклапанного стакана снабжена уплотняющими элементами, верхняя торцевая поверхность подклапанного стакана снабжена, по меньшей мере, одним направляющим стержнем, отверстиями для штоков клапанов и отверстием, соединяющим впускной канал подклапанного стакана с объемом между верхней торцевой поверхностью подклапанного стакана и днищем отверстия подклапанного стакана, камера сгорания образована днищем поршня, днищами подклапанного стакана, впускным и выпускным клапанами и стенками отверстия подклапанного стакана, причем в начале процесса выхлопа подклапанный стакан с закрытым впускным клапаном выполнен с возможностью нахождения в крайнем верхнем положении, а открытый выпускной клапан выполнен с возможностью нахождения в крайнем нижнем положении, при завершении процесса выхлопа при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в направлении поршня с закрытым впускным клапаном, удаляя отработавшие газы из камеры сгорания и отделяя часть камеры сгорания от полости цилиндра, в начале процесса впуска, при начале перемещении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) подклапанный стакан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение совместно с закрытым выпускным клапаном, оставляя открытый впускной клапан в крайнем нижнем положении, при этом в конце процесса впуска впускной клапан выполнен с возможностью перемещения в крайнее верхнее положение и последующего закрытия, отделяя камеру сгорания от впускного тракта, а в процессах сжатия и рабочего хода подклапанный стакан с закрытыми впускным и выпускным клапанами выполнен с возможностью нахождения в крайнем верхнем положении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр подклапанного стакана не больше диаметра поршня.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что при завершении процесса выхлопа по мере приближения поршня к ВМТ впускной клапан выполнен с возможностью опережающего неполного открытия, затем подклапанный стакан перемещается в сторону поршня, закрывая впускной клапан и вместе с ним перемещаясь в крайнее нижнее положение.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что длина хода подклапанного стакана меньше длины хода впускного и выпускного клапанов.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что длина хода подклапанного стакана равна длине хода впускного и выпускного клапанов.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что камера сгорания снабжена не менее одной свечой зажигания.

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что подклапанный стакан в крайнем верхнем положении выполнен с возможностью опоры на днище отверстия подклапанного стакана.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что опорная поверхность подклапанного стакана снабжена ребрами для свободного истечения газов и теплоотвода.

9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что приводной механизм подклапанного стакана выполнен с возможностью включения в работу при переходе двигателя на нагрузки от средней и выше до номинальной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3