ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области регулирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС), преимущественно, двухтактных.
Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором изменяют площадь проходного сечения выпускного коллектора золотниковым органом, повышая таким образом давление на участке коллектора между цилиндром и золотниковым органом, повышенным давлением в указанном участке коллектора препятствуют выходу из цилиндра заряда и перед закрытием выпускного органа цилиндра, используя указанное повышенное давление, перепускают из выпускного коллектора обратно в цилиндр часть находящегося в коллекторе заряда (RU 2472014 C2 опуб., 10.01.2013).
Недостатком известного двигателя является дросселирование на большей части режимов работы двигателя процесса выпуска, что создает сопротивление газообмену, ухудшающему очистку цилиндра от продуктов сгорания и наполнение цилиндра свежим зарядом.
Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором после выпуска продуктов сгорания из рабочего цилиндра через выпускной орган газораспределения в выпускной коллектор, перекрывают проходное сечение выпускного коллектора золотниковым органом, способствуя возврату в цилиндр перед закрытием выпускного органа часть заряда из выпускного коллектора (SU 328254 A1 опуб., 02.11.1972).
Недостатком известного двигателя является отсутствие принудительного регулирования количества возвращаемого в цилиндр заряда в зависимости от режима работы двигателя.
Техническим результатом является расширение диапазона экономичной работы двигателя, а также возможность формирования характеристики крутящего момента в зависимости от эксплуатационных требований.
Поставленная задача достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с выпускными и продувочными окнами, управляемыми перемещающимся в цилиндре поршнем, и выпускной коллектор, в котором установлен золотниковый орган, изменяющий проходное сечение выпускного коллектора после начала процесса выпуска из цилиндра во время проведения каждого рабочего цикла двигателя, согласно полезной модели, золотник связан с валом двигателя посредством зубчатого планетарного механизма, содержащего ведущий и ведомый валы с зубчатыми шестернями и водило, по меньшей мере, с одним сателлитом, передающим вращение от шестерни ведущего вала к шестерне ведомого вала, при этом регулирующий орган связан с водилом, а золотниковый орган - с ведомым валом механизма с возможностью изменения углового положения золотникового органа относительно углового положения вала двигателя.
Поставленная задача достигается также тем, что, участок выпускного коллектора от выпускных окон до золотникового органа может быть выполнен кольцевым с поворотным устройством изменения его длины.
Поставленная задача достигается также тем, что поворотное устройство может быть связано с водилом планетарного механизма с возможностью одновременного изменения регулирующим органом углового положения золотникового органа и длины выпускного коллектора.
Полезная модель поясняется при помощи чертежей.
На фиг. 1 показан регулируемый двухтактный двигатель;
На фиг. 2 - то же, вид на золотниковый орган;
На фиг. 3 показана схема механизма регулирования относительного углового положения вала золотникового органа;
На фиг. 4 показан вид на механизм в начальном положении;
На фиг. 5 - то же, в положении после регулирующего воздействия;
На фиг. 6 показана схема механизма с регулированием углового положения вала и длины выпускного коллектора;
На фиг. 7 - то же, вариант механизма с цилиндрическими шестернями;
На фиг. 8 - то же, вариант механизма с расположением ведомого вала внутри ведущего вала;
На фиг. 9 - то же, вид на механизм в плоскости вращения валов при начальной длине выпускного коллектора и начальном положении золотника;
На фиг. 10 - то же, при длине выпускной трубы и положении золотника после регулирующего воздействия.
Описывамый двигатель, содержит цилиндр 1, с расположенным в нем поршнем 2, связанным с кривошипным валом 3 при помощи, например, шатуна 4. Цилиндр 1 снабжен органами газораспределения, например, выпускными окнами 5 и продувочными окнами 6, по примеру их выполнения в традиционных двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой, снабженных кривошипной камерой 7. Продувочные окна 6 сообщены с кривошипной камерой при помощи продувочных каналов 8, а выпускные окна 5 сообщены с выпускным коллектором 9. В коллекторе 9, на заданном расстоянии установлен золотниковый орган 10 с возможностью изменения в заданный момент проходного сечения коллектора 9 путем его частичного или полного перекрытия. Золотниковый орган 10 установлен на ведомом валу 11, связанном при помощи механизма регулирования с ведущим валом, функции которого может выполнять кривошипный вал 3. Механизм также содержит ведущую зубчатую шестерню 12, вращающуюся синхронно с ведущим валом 3. Шестерня 12 может быть установлена непосредственно на валу 3. Ведомый вал 11 снабжен шестерней 13, вращающейся с ним синхронно. С ведущей 12 и ведомой 13 шестернями зацеплена промежуточная шестерня 14, закрепленная на промежуточном валу 15, и передающая крутящий момент от вала 3 к ведомому валу 11. Промежуточный вал 15 установлен посредством подшипников 16 в водиле 17, которое установлено в подшипниках 18 соосно с валом 3. Водило 17 может поворачиваться на подшипниках 18 под воздействием органа управления 19. Поворот водила 17 изменяет угловое положение ведомого вала 11 относительно углового положения ведущего кривошипного вала 3.
Зубчатые шестерни 12, 13 и 14 могут быть выполнены коническими.
В варианте выполнения зацепления цилиндрическим промежуточный вал 15 установлен в водиле 17 параллельно оси вращения валов 3 и 11. На промежуточном валу 15 закреплены две шестерни 20 и 21 с разным количеством зубьев, причем шестерня 20 зацеплена с шестерней 12 вала 3, а другая шестерня 21 зацеплена с шестерней 13 ведомого вала 11.
Водило 17 может быть связано с дополнительным регулируемым органом, например, с устройством 22 изменения длины выпускного коллектора 9. При воздействии на водило 17 органа управления 19 путем его поворота вместе с промежуточным валом 15 и шестерней 14 или шестернями 20 и 21 изменяется длина выпускного коллектора 9.
Устройство 22 изменения длины коллектора 9 может быть выполнено следующим образом. Участок коллектора 9 выполнен в форме кольца и состоит из неподвижной стенки 23 кольцевого профиля и подвижной стенки 24 кольцевого профиля. Стенки 23 и 24 образуют между собой кольцевой канал 25 для прохода продуктов сгорания. Внутри канала 25 у входа 26 в него к стенке 23 закреплена неподвижная заслонка 27, а к подвижной стенке 24 закреплена заслонка 28. Обе заслонки перекрывают поперечное сечение канала 25, но не препятствуют повороту подвижной стенки 24 относительно неподвижной стенки 23. Около заслонки 28 в подвижной стенке 24 выполнено перепускное окно 29. Золотниковый орган 10 расположен таким образом, чтобы периодически закрывать полностью или частично перепускное окно 29.
Заявленный двигатель работает следующим образом. Полный рабочий цикл, осуществляемый в каждом цилиндре, например, описываемого двухтактного двигателя состоит из процессов сгорания, расширения продуктов сгорания, их выпуска из цилиндра, продувки цилиндра свежим зарядом, наполнения цилиндра и сжатия в нем свежего заряда.
В конце расширения в цилиндре 1 продуктов сгорания поршнем 2 открываются выпускные окна 5, и происходит выпуск продуктов сгорания через окна 5 через выпускной коллектор 9 в атмосферу или в дополнительную расширительную машину (на чертежах не показана). После проведения свободного выпуска из цилиндра 1, поршнем 2 открываются продувочные окна 6, через которые осуществляется продувка цилиндра 1 свежим зарядом, перепускаемым из кривошипной камеры 7 через продувочные каналы 8 и наполнение цилиндра 1 свежим зарядом. Так как во время продувки выпускные окна 5 остаются открытыми, то часть свежего заряда эжектируется продуктами сгорания из цилиндра 1 в выпускной коллектор 9, а в начале такта сжатия свежий заряд выдавливается поршнем 2 в выпускной коллектор 9 через еще не закрытые окна 5.
Для уменьшения потерь заряда или возврата в цилиндр 1 перетекшего в выпускной коллектор 9 свежего заряда в определенным момент и на определенное время увеличивают давление в выпускном коллекторе перед движущимся в нем зарядом путем кратковременного перекрытия проходного сечения коллектора 9 золотниковым органом 10. В результате создается сопротивление движению заряда из цилиндра 1, при этом часть заряда может быть возвращена в цилиндр 1 через выпускные окна 5 перед их закрытием поршнем 2 в начале такта сжатия. Так как на различных режимах работы двигателя меняются и параметры рабочего тела и требуется изменение момента начала повышения давления в коллекторе 9, то необходимо изменять угловое положения золотникового органа 10 относительно углового положения кривошипного вала 3, являющегося ведущим в приводе золотникового органа 10.
За счет поворота водила 17 возможно изменение углового положения ведомого вала 11, на котором установлен золотниковый орган 10. Изменяется, соответственно, момент начала изменения поперечного сечения коллектора 9, перекрываемого органом 10, что позволяет выбрать наилучшие условия для наиболее полного возврата заряда в цилиндр 1. Кроме того, выбор момента перекрытия позволяет изменять степень рециркуляции отработавших газов на различных режимах, так как вместе со свежим зарядом возможен возврат в цилиндр 1 продуктов сгорания. Так как водило 17 может быть связано с дополнительным регулирующим органом, например, средством изменения длины выпускного коллектора, то при выполнении участка коллектора 9 в виде кольцевого трубопровода поворотом водила 17 можно изменять и расстояние от выпускных окон 5 до перепускного окна 29, перекрываемого золотниковым органом 10. Так как подвижная стенка 24, в которой выполнено окно 29, поворачивается вместе с водилом 17, изменяя длину пути газов до выпуска через окно 29, то золотниковый орган 10 должен повернуться на соответствующий угол. Подбором передаточного отношения зубчатого зацепления механизма можно сформировать требуемый закон перемещения, как водила 17, так и золотникового органа 10. Причем возможен вариант с раздельным воздействием на выпускной трубопровод и золотниковый орган 10.
Таким образом, при использовании заявленной полезной модели достигается требуемое наполнение цилиндра свежим зарядом в широком диапазоне, как нагрузок, так и скоростей вращения вала, что позволяет получить необходимую характеристику крутящего момента, а также расхода топлива.